WO2014196150A1 - Acousto-optic image pickup device - Google Patents

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WO2014196150A1
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卓也 岩本
橋本 雅彦
寒川 潮
金子 由利子
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01H9/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/008Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means by using ultrasonic waves
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    • G01S15/8906Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8965Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using acousto-optical or acousto-electronic conversion techniques

Abstract

An acousto-optic image pickup device disclosed in the present invention comprises the following: a drive unit that generates a drive signal formed by burst waves configured with a repetition of a plurality of reference waves; an ultrasonic wave source that receives the drive signal and outputs to the inside of an object ultrasonic waves which are in accordance with the drive signal; an acousto-optic medium section which has an acoustic opening and in which scattered ultrasonic waves generated as a result of the ultrasonic waves scattering inside of the object enter the acousto-optic medium from the acoustic opening and are propagated therein; a wedge light-source that emits a wedge beam of light of a single color that enters the acousto-optic medium section in a non-parallel direction with respect to the propagation direction of the scattered ultrasonic waves, where the light intensity of the wedge beam of light changes with the passing of time; an image forming optical system in which incident is diffraction light generated due to the wedge beam of light diffracting in the acousto-optic medium section according to a refraction index distribution generated in the acousto-optic medium section by the propagation of scattered ultrasonic waves, and in which an image is formed by converging the diffraction light; and an image pickup unit for picking up the image formed by the image forming optical system and outputting an electrical signal.

Description

音響光学撮像装置Acousto-optic imaging device
 本願は、音響光学撮像装置に関し、特に、物体から得られる超音波エコーを光学画像として取得する音響光学撮像装置に関する。 The present application relates to an acoustooptic imaging apparatus, and more particularly to an acoustooptic imaging apparatus that acquires an ultrasonic echo obtained from an object as an optical image.
 超音波を物体に照射し、物体からの散乱波によって光学画像を生成する装置として、特許文献1のような超音波診断装置が知られている。超音波診断装置では、物体に対して複数の超音波送受波素子を用いて超音波の送波と受波を行い、各々の素子から出力される受波信号を遅延合成することにより物体の超音波画像を撮像する。 2. Description of the Related Art As an apparatus that irradiates an object with ultrasonic waves and generates an optical image using scattered waves from the object, an ultrasonic diagnostic apparatus as disclosed in Patent Document 1 is known. In an ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic wave is transmitted to and received from an object using a plurality of ultrasonic wave transmitting / receiving elements, and a received wave signal output from each element is delayed and synthesized to superimpose the object. A sound image is taken.
 このような超音波診断装置では、1枚の超音波画像を撮像するために、多数回の信号処理(遅延および合成)が必要となる。必要な信号処理の回数は、少なくとも画像の画素数に相当する。したがって、高速に超音波を撮像するためには、高速かつ大規模な演算回路をもつ信号処理回路が必要となる。また、画素数が多く空間分解能の高い画像を取得するためには、互いに送波・受波特性の揃った多数の超音波振動子が必要である。しかし、そのような振動子群を構築するのは極めて困難である。 Such an ultrasonic diagnostic apparatus requires multiple signal processing (delay and synthesis) in order to capture one ultrasonic image. The number of necessary signal processing corresponds to at least the number of pixels of the image. Therefore, in order to image ultrasound at high speed, a signal processing circuit having a high-speed and large-scale arithmetic circuit is required. Further, in order to acquire an image with a large number of pixels and high spatial resolution, a large number of ultrasonic transducers having the same transmission / reception characteristics are required. However, it is extremely difficult to construct such a group of transducers.
特開昭60-122549号公報JP-A-60-122549 国際公開第2012/172764号International Publication No. 2012/172768
 本発明による限定的ではない例示的な音響光学撮像装置は、演算処理の能力の高い信号処理回路を用いることなく、物体の内部を撮影することができる音響光学撮像装置を提供する。 A non-limiting exemplary acousto-optic imaging device according to the present invention provides an acousto-optic imaging device capable of imaging the inside of an object without using a signal processing circuit with high calculation processing capability.
 本願に開示された音響光学撮像装置は、複数の基準波の繰り返しによるバースト波により構成される駆動信号を生成する駆動部と、駆動信号を受け取り、駆動信号に応じた超音波を物体の内部に出力する超音波源と、音響開口を有し、超音波が物体の内部において散乱することによって発生した散乱超音波が音響開口から内部に入射し、伝搬する音響光学媒質部と、散乱超音波の伝搬する方向に対して非平行に音響光学媒質部へ入射する単色のウェッジ光束であって、時間の経過とともに光強度が変化するウェッジ光束を出射するウェッジ光源と、散乱超音波が伝搬することにより音響光学媒質部に生じた屈折率分布によって、音響光学媒質部においてウェッジ光束が回折し、生じた回折光が入射する結像光学系であって、回折光を集束させることにより像を形成する結像光学系と、結像光学系によって形成された像を撮影し、電気信号を出力する撮像部とを備える。 The acousto-optic imaging device disclosed in the present application generates a drive signal composed of burst waves generated by repetition of a plurality of reference waves, and receives the drive signal, and generates an ultrasonic wave corresponding to the drive signal inside the object. An ultrasonic source to output, an acoustic aperture, and scattered ultrasonic waves generated by scattering of the ultrasonic waves inside the object are incident from the acoustic aperture and propagated, A wedge light source that emits a wedge light flux that is incident on the acousto-optic medium section non-parallel to the propagating direction, and whose light intensity changes over time, and a scattered ultrasonic wave propagates An imaging optical system in which the wedge light flux is diffracted in the acousto-optic medium part by the refractive index distribution generated in the acousto-optic medium part, and the generated diffracted light is incident, and the diffracted light is focused. Comprising an imaging optical system for forming an image by Rukoto, taking an image formed by the imaging optical system and an imaging unit for outputting an electric signal.
 本願に開示された音響光学撮像装置によれば、演算処理の能力の高い信号処理回路を用いることなく、物体の内部を撮影することができる。また、物体において超音波の伝搬減衰が生じる場合においても、物体中の異なる深さに位置する部分の光学像を同程度の輝度で取得することができる。 According to the acousto-optic imaging device disclosed in the present application, the inside of an object can be photographed without using a signal processing circuit having a high processing capability. Further, even when ultrasonic wave propagation attenuation occurs in an object, it is possible to obtain optical images of portions located at different depths in the object with the same luminance.
音響光学撮像装置の第1の実施形態の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of 1st Embodiment of an acousto-optic imaging device. 第1の実施形態における信号のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the signal in 1st Embodiment. (a)および(b)は、第1の実施形態におけるウェッジ光源の構成を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the structure of the wedge light source in 1st Embodiment. 第1の実施形態におけるウェッジ光源の別の構成を示す図である。It is a figure which shows another structure of the wedge light source in 1st Embodiment. (a)および(b)は、第1の実施形態におけるウェッジ光源の別の構成を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows another structure of the wedge light source in 1st Embodiment. 第1の実施形態の別の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another structure of 1st Embodiment. 図6の構成の音響光学撮像装置の信号のフローを説明する図である。It is a figure explaining the flow of a signal of the acoustooptic imaging device of the structure of FIG. 音響伝搬媒質部のシミュレーションモデルを示す図である。It is a figure which shows the simulation model of an acoustic propagation medium part. ウェッジ光束の光強度が一定である場合の回折光強度の計算結果を示す図である。It is a figure which shows the calculation result of the diffracted light intensity in case the light intensity of a wedge light beam is constant. 式(6)に示す光束の光強度の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the light intensity of the light beam shown to Formula (6). (a)から(d)は、第1の実施形態の各部信号の時間波形およびタイミングを示す図である。(A) to (d) is a diagram showing a time waveform and timing of each part signal of the first embodiment. ウェッジ光束の光強度が式(6)で示される場合における回折光強度の計算結果を示す図である。It is a figure which shows the calculation result of the diffracted light intensity in case the light intensity of a wedge light beam is shown by Formula (6). ウェッジ光束の光強度が式(8)で示される場合における回折光強度の計算結果を示す図である。It is a figure which shows the calculation result of the diffracted light intensity in case the light intensity of a wedge light beam is shown by Formula (8). (a)および(b)は、第1の実施形態において取得される像の様子を示す模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram which shows the mode of the image acquired in 1st Embodiment. 音響光学撮像装置の第2の実施形態の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of 2nd Embodiment of an acousto-optic imaging device. 第2の実施形態における信号のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the signal in 2nd Embodiment. (a)から(e)は、第2の実施形態の各部信号の時間波形およびタイミングと露光のタイミングとを示す図である。(A) to (e) is a diagram showing a time waveform and timing of each part signal and exposure timing of the second embodiment. (a)から(e)は、第2の実施形態の別な各部信号の時間波形およびタイミングと露光のタイミングとを示す図である。(A)-(e) is a figure which shows the time waveform and timing of another each part signal of 2nd Embodiment, and the timing of exposure. 音響光学撮像装置の第3の実施形態の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of 3rd Embodiment of an acousto-optic imaging device. 第3の実施形態における信号のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the signal in 3rd Embodiment. (a)から(e)は、第3の実施形態の各部信号の時間波形およびタイミングと露光のタイミングとを示す図である。(A) to (e) is a diagram showing a time waveform and timing of each part signal and exposure timing of the third embodiment. (a)および(b)は、第3の実施形態において取得される像の様子を示す模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram which shows the mode of the image acquired in 3rd Embodiment. (a)から(e)は、第3の実施形態の各部信号の別な時間波形およびタイミングと露光のタイミングとを示す図である。(A) to (e) are diagrams showing another time waveform and timing of each part signal and exposure timing of the third embodiment. (a)および(b)は、第3の実施形態において取得される別な像の様子を示す模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram which shows the mode of another image acquired in 3rd Embodiment. (a)から(e)は、第3の実施形態の各部信号の別な時間波形およびタイミングと露光のタイミングとを示す図である。(A) to (e) are diagrams showing another time waveform and timing of each part signal and exposure timing of the third embodiment. (a)から(e)は、第3の実施形態の各部信号の別な時間波形およびタイミングと露光のタイミングとを示す図である。(A) to (e) are diagrams showing another time waveform and timing of each part signal and exposure timing of the third embodiment. (a)から(e)は、第3の実施形態の各部信号の別な時間波形およびタイミングと露光のタイミングとを示す図である。(A) to (e) are diagrams showing another time waveform and timing of each part signal and exposure timing of the third embodiment. 音響光学撮像装置の第4の実施形態の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of 4th Embodiment of an acousto-optic imaging device. 第4の実施形態における信号のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the signal in 4th Embodiment. (a)から(e)は、第4の実施形態の各部信号の時間波形およびタイミングと露光のタイミングとを示す図である。(A)-(e) is a figure which shows the time waveform and timing of each part signal of 4th Embodiment, and the timing of exposure. (a)から(e)は、第4の実施形態の各部信号の別な時間波形およびタイミングと露光のタイミングとを示す図である。(A)-(e) is a figure which shows another time waveform and timing of each part signal of 4th Embodiment, and the timing of exposure. 音響光学撮像装置の第5の実施形態の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of 5th Embodiment of an acousto-optic imaging device.
 本願発明者は、被検体内部の組織を従来の超音波診断装置のように超音波を走査することによって画像を得るのではなく、2次元的あるいは3次元的に画像を取得する方法を検討した。その結果、超音波と光の相互作用である音響光学効果を利用し、被検体内部の組織の画像を取得することを想到した。 The inventor of the present application examined a method of acquiring an image two-dimensionally or three-dimensionally, instead of obtaining an image by scanning an ultrasonic wave through a tissue inside a subject like a conventional ultrasonic diagnostic apparatus. . As a result, the inventors have conceived that an image of a tissue inside a subject is acquired using an acoustooptic effect that is an interaction between ultrasonic waves and light.
 具体的には、A. Korpel, “Visualization of the cross section of a sound beam by Bragg diffraction of light," Applied Physics Letters, vol.9. no.12, pp.425-427,15 Dec. 1966.(以下、非特許文献1と呼ぶ)に開示されるように、超音波を物体に照射し、物体を透過する超音波あるいは物体より散乱される超音波を音響光学媒質内に伝搬させることによって音響光学媒質中に屈折率分布を形成し、それにより生じるBragg回折を用いて透過あるいは散乱超音波の強度・位相分布を単色光の強度・位相分布に転写すれば、物体内部の画像を光学画像として撮影できると考えられる。 Specifically, A. Korpel, “Visualization of the cross section of a sound beam by Bragg diffraction of light," Applied Physics Letters, vol.9. No.12, pp.425-427,15 Dec. 1966. As disclosed in Non-Patent Document 1 below, acoustooptics are performed by irradiating an object with ultrasonic waves and propagating ultrasonic waves that are transmitted through the object or scattered from the object into the acoustooptic medium. If the refractive index distribution is formed in the medium and the intensity / phase distribution of transmitted or scattered ultrasonic waves is transferred to the intensity / phase distribution of monochromatic light using the Bragg diffraction generated thereby, the image inside the object is taken as an optical image. It is considered possible.
 ただし、この非特許文献1は、Bragg回折による音響光学効果を開示するのみであり、生体内の組織の画像化を音響光学効果によりどのように実現するかについて何ら示唆がない。 However, this Non-Patent Document 1 only discloses the acoustooptic effect by Bragg diffraction, and there is no suggestion how to realize imaging of a tissue in a living body by the acoustooptic effect.
 本願発明者が非特許文献1に開示された技術を詳細に検討したところ、非特許文献1に開示された構成によれば、使用する超音波の周波数が15MHz以上と高い。これは音響光学セルを水媒体で構成していることが原因であり、水の音速(約1500m/s)と超音波の波長の関係から、Bragg回折が発生する条件が制限されるためである。生体中では、周波数にほぼ比例して吸収減衰が増大するため、被検体の深い内部を画像化するためには10MHz以下の周波数の超音波を用いることが好ましい。したがって、非特許文献1に開示された構成をそのまま用いても、被検体の体内の組織の画像を得ることは困難である。 The inventor of the present application has examined the technology disclosed in Non-Patent Document 1 in detail, and according to the configuration disclosed in Non-Patent Document 1, the frequency of ultrasonic waves used is as high as 15 MHz or higher. This is because the acousto-optic cell is composed of an aqueous medium, and the conditions under which Bragg diffraction occurs are limited by the relationship between the acoustic velocity of water (about 1500 m / s) and the wavelength of ultrasonic waves. . In a living body, absorption attenuation increases substantially in proportion to the frequency. Therefore, it is preferable to use an ultrasonic wave having a frequency of 10 MHz or less in order to image a deep interior of a subject. Therefore, even if the configuration disclosed in Non-Patent Document 1 is used as it is, it is difficult to obtain an image of the tissue in the body of the subject.
 また、本願発明者の検討によれば、非特許文献1に開示されている音響光学撮像装置では、物体において超音波が減衰する場合、物体中の異なる深さに位置する部分の像が、異なる輝度で取得されるという課題があると考えられる。 Further, according to the study of the present inventor, in the acousto-optic imaging device disclosed in Non-Patent Document 1, when ultrasonic waves are attenuated in an object, images of portions located at different depths in the object are different. It is considered that there is a problem that it is acquired with luminance.
 本願発明者はこのような課題を詳細に検討し、新規な音響光学撮像装置を想到した。本発明の音響光学撮像装置の一態様の概要は以下の通りである。 The inventor of the present application has studied such a problem in detail and has come up with a novel acousto-optic imaging device. The outline of one aspect of the acousto-optic imaging device of the present invention is as follows.
 本発明の一実施形態である音響光学撮像装置は、複数の基準波の繰り返しによるバースト波により構成される駆動信号を生成する駆動部と、前記駆動信号を受け取り、前記駆動信号に応じた超音波を物体の内部に出力する超音波源と、音響開口を有し、前記超音波が物体の内部において散乱することによって発生した散乱超音波が前記音響開口から内部に入射し、伝搬する音響光学媒質部と、前記散乱超音波の伝搬する方向に対して非平行に前記音響光学媒質部へ入射する単色のウェッジ光束であって、時間の経過とともに光強度が変化するウェッジ光束を出射するウェッジ光源と、前記散乱超音波が伝搬することにより前記音響光学媒質部に生じた屈折率分布によって、前記音響光学媒質部において前記ウェッジ光束が回折し、生じた回折光が入射する結像光学系であって、前記回折光を集束させることにより像を形成する結像光学系と、前記結像光学系によって形成された像を撮影し、電気信号を出力する撮像部とを備える。 An acoustooptic imaging device according to an embodiment of the present invention includes a drive unit that generates a drive signal composed of burst waves generated by repeating a plurality of reference waves, and an ultrasonic wave that receives the drive signal and that corresponds to the drive signal. An acousto-optic medium that has an ultrasonic source that outputs to the inside of the object and an acoustic aperture, and that the scattered ultrasonic waves generated by scattering of the ultrasonic wave inside the object enter the inside from the acoustic aperture and propagate A wedge light source that emits a wedge light beam that is incident on the acousto-optic medium unit non-parallel to a direction in which the scattered ultrasonic wave propagates, and whose light intensity changes over time; The wedge light flux is diffracted in the acoustooptic medium portion by the refractive index distribution generated in the acoustooptic medium portion due to the propagation of the scattered ultrasonic waves, and the generated circuit An imaging optical system in which light enters, an imaging optical system that forms an image by focusing the diffracted light, and an image that captures an image formed by the imaging optical system and outputs an electrical signal A part.
 音響光学撮像装置はトリガ信号を生成するトリガ信号源をさらに備え、前記駆動部は、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで前記駆動信号を生成してもよい。 The acousto-optic imaging device may further include a trigger signal source that generates a trigger signal, and the drive unit may receive the trigger signal and generate the drive signal at a timing when the trigger signal is received.
 前記ウェッジ光源は、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで所定の時間、継続してウェッジ光束を出射し、前記所定の時間内において、前記ウェッジ光束の前記光強度が増大してもよい。 The wedge light source receives the trigger signal, and continuously emits a wedge light beam at a timing when the trigger signal is received, and the light intensity of the wedge light beam increases within the predetermined time. Also good.
 前記撮像部は、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで露光を開始し、任意の時間、露光を継続した後、露光を停止してもよい。 The imaging unit may receive the trigger signal, start exposure at a timing when the trigger signal is received, and continue exposure for an arbitrary time, and then stop the exposure.
 前記撮像部は、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取った後、任意の時間遅れて露光を開始し、任意の時間、露光を継続した後、露光を停止してもよい。 The imaging unit may receive the trigger signal, start the exposure with an arbitrary time delay after receiving the trigger signal, continue the exposure for an arbitrary time, and then stop the exposure.
 前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、前記駆動部、前記超音波源および前記ウェッジ光源は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、前記撮像部は、前記トリガ信号を受け取るたびに、前記トリガ信号を受け取った後、任意の時間遅れて露光を開始し、任意の時間、露光を継続した後、露光を停止し、前記ウェッジ光源が繰り返し動作することにより生成する複数の前記ウェッジ光束のうち、少なくとも前記複数のトリガ信号のうちの2つに対応する2つの前記ウェッジ光束における光強度は互いに異なっていてもよい。 The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal a plurality of times, and each time the trigger signal is generated, the drive unit, the ultrasonic source, and the wedge light source repeatedly operate, and the imaging unit Each time the trigger signal is received, after the trigger signal is received, exposure is started at an arbitrary time delay, exposure is continued for an arbitrary time, exposure is stopped, and the wedge light source is repeatedly operated. Among the plurality of wedge light beams to be generated, the light intensities of two wedge light beams corresponding to at least two of the plurality of trigger signals may be different from each other.
 音響光学撮像装置はトリガ信号を生成するトリガ信号源と、前記トリガ信号を受け取り、所定の時間遅れて、遅延トリガ信号を生成する遅延発生器とをさらに備え、前記ウェッジ光源は、前記遅延トリガ信号を受け取り、前記遅延トリガ信号を受け取ったタイミングで、所定の時間、継続してウェッジ光束を出射し、前記駆動部は、前記遅延トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで前記駆動信号を生成し、前記撮像部は、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで露光を開始し、任意の時間、露光を継続した後、露光を停止してもよい。 The acousto-optic imaging device further includes a trigger signal source that generates a trigger signal, and a delay generator that receives the trigger signal and generates a delayed trigger signal with a predetermined time delay, and the wedge light source includes the delayed trigger signal When the delay trigger signal is received, a wedge light beam is continuously emitted for a predetermined time, and the drive unit receives the delay trigger signal and receives the trigger signal at the timing when the trigger signal is received. The imaging unit may receive the trigger signal, start exposure at a timing when the trigger signal is received, and continue exposure for an arbitrary time, and then stop exposure.
 前記撮像部は、前記露光を継続する時間が変更可能なように構成されていてもよい。 The imaging unit may be configured such that the time for which the exposure is continued can be changed.
 音響光学撮像装置は前記音響光学媒質部を透過したウェッジ光束の一部を検出し、検出信号を出力する検出器をさらに備え、前記トリガ信号源は、前記検出信号を参照して次のトリガ信号を生成してもよい。 The acousto-optic imaging device further includes a detector that detects a part of the wedge light beam that has passed through the acousto-optic medium unit and outputs a detection signal. The trigger signal source refers to the detection signal, and the next trigger signal May be generated.
 前記ウェッジ光源は、単色光の光束を出射するレーザー光源と、前記光源からの単色光の光束が入射され、拡大された平面波光束を出射する拡大光学系と、前記拡大光学系から出射した平面波光束が入射するシリンドリカルレンズとを含み、前記シリンドリカルレンズは、前記入射する平面波光束の伝搬方向に垂直な面において、第1方向に焦点を結ぶ屈折力を持ち、前記第1方向に垂直な第2方向においては屈折力を持たず、前記シリンドリカルレンズの第1方向は前記散乱超音波の伝搬する方向と平行であってもよい。 The wedge light source includes a laser light source that emits a monochromatic light beam, an enlargement optical system that receives the monochromatic light beam from the light source and emits an enlarged plane wave light beam, and a plane wave light beam emitted from the enlargement optical system. The cylindrical lens has a refractive power for focusing in the first direction on a plane perpendicular to the propagation direction of the incident plane wave light beam, and the second direction perpendicular to the first direction. The first lens lens may have no refractive power, and the first direction of the cylindrical lens may be parallel to the direction in which the scattered ultrasound propagates.
 前記ウェッジ光源は、光強度変調信号を生成する光強度変調信号源と、前記光強度変調信号に応じた光強度の前記単色光の光束を出射するレーザーダイオードとを含んでいてもよい。 The wedge light source may include a light intensity modulation signal source that generates a light intensity modulation signal, and a laser diode that emits the luminous flux of the monochromatic light having a light intensity corresponding to the light intensity modulation signal.
 前記ウェッジ光源は、前記レーザー光源から出射した前記単色光の光束、前記拡大光学系から出射した平面波光束または前記シリンドリカルレンズから出射した平面波光束の光強度を変調する光変調器をさらに含んでいてもよい。 The wedge light source may further include an optical modulator that modulates the light intensity of the monochromatic light beam emitted from the laser light source, the plane wave beam emitted from the magnifying optical system, or the plane wave beam emitted from the cylindrical lens. Good.
 前記光変調器は、変調信号を受け取り、前記変調信号に応じて、前記単色光の光束または平面波光束の光強度を変調してもよい。 The optical modulator may receive a modulation signal and modulate the light intensity of the monochromatic light beam or plane wave light beam in accordance with the modulation signal.
 前記光変調器は、周方向において光の減衰率が異なる分布を有する減光フィルタが設けられた回転ディスクと、前記回転ディスクを回転させるモーターとを含み、前記回転ディスクは、前記単色光の光束または平面波光束が前記減光フィルタを透過するように配置され、前記回転ディスクの回転に伴い、前記単色光の光束または平面波光束が透過する前記減光フィルタの光の減衰率が異なることにより、前記ウェッジ光束の光強度を変化させてもよい。 The optical modulator includes a rotating disk provided with a neutral density filter having a distribution in which light attenuation factors differ in a circumferential direction, and a motor that rotates the rotating disk, and the rotating disk is a luminous flux of the monochromatic light. Alternatively, a plane wave light beam is disposed so as to pass through the neutral density filter, and with the rotation of the rotating disk, the attenuation factor of the light of the neutral density filter through which the monochromatic light beam or plane wave light beam is transmitted is different. The light intensity of the wedge luminous flux may be changed.
 前記ウェッジ光束の光強度の時間変化は単純増加関数で示されてもよい。 The time change of the light intensity of the wedge luminous flux may be represented by a simple increase function.
 前記単純増加関数は指数関数であってもよい。 The simple increase function may be an exponential function.
 前記単純増加関数は累乗関数あるいは累乗関数の和からなる関数であってもよい。 The simple increase function may be a power function or a function composed of a sum of power functions.
 前記バースト波における基準波の数が、10以上1000以下であってもよい。 The number of reference waves in the burst wave may be 10 or more and 1000 or less.
 前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、前記駆動部、前記超音波源、前記ウェッジ光源および前記撮像部は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、前記ウェッジ光源が繰り返して動作することによって生成する複数の前記ウェッジ光束における出射が継続する所定の時間は、前記複数のウェッジ光束の少なくとも2つにおいて互いに異なっていてもよい。 The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal, and the driving unit, the ultrasonic source, the wedge light source, and the imaging unit each repeatedly operate each time the trigger signal is generated, The predetermined time during which the emission of the plurality of wedge light beams generated by repeatedly operating the wedge light source may be different from each other in at least two of the plurality of wedge light beams.
 前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、前記駆動部、前記超音波源、前記ウェッジ光源および前記撮像部は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、前記撮像部が繰り返して動作することによる複数の露光における露光の継続時間は、前記複数の露光の少なくとも2つにおいて、互いに異なっていてもよい。 The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal, and the driving unit, the ultrasonic source, the wedge light source, and the imaging unit each repeatedly operate each time the trigger signal is generated, The duration of exposure in a plurality of exposures caused by repeated operation of the imaging unit may be different from each other in at least two of the plurality of exposures.
 前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、前記駆動部、前記超音波源、前記ウェッジ光源および前記撮像部は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、前記撮像部が繰り返して動作することによる複数の露光における露光が開始するまでの遅れる時間は、前記複数の露光の少なくとも2つにおいて、互いに異なっていてもよい。 The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal, and the driving unit, the ultrasonic source, the wedge light source, and the imaging unit each repeatedly operate each time the trigger signal is generated, The delay time until the start of exposure in a plurality of exposures due to repeated operation of the imaging unit may be different from each other in at least two of the plurality of exposures.
 前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、前記遅延発生器、前記駆動部、前記超音波源、前記ウェッジ光源および前記撮像部は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、前記遅延発生器が繰り返して動作することによって生成する複数の前記遅延トリガ信号における信号出力開始までの遅れる時間は、前記複数の遅延トリガ信号の少なくとも2つにおいて互いに異なっていてもよい。 The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal a plurality of times, and the delay generator, the drive unit, the ultrasonic source, the wedge light source, and the imaging unit repeat each time the trigger signal is generated. The delay time until the start of signal output in the plurality of delay trigger signals generated by repeatedly operating the delay generator may be different from each other in at least two of the plurality of delay trigger signals. .
 撮像部における前記露光を継続する時間が、前記駆動信号のバースト波が継続する時間と略等しくてもよい。 The time for which the exposure in the imaging unit is continued may be substantially equal to the time for which the burst wave of the drive signal continues.
 前記ウェッジ光源は、前記撮像部の露光における露光が開始するまでの遅れる時間および露光が継続する時間に基づき、前記少なくとも前記複数のトリガ信号のうちの2つに対応する2つの前記ウェッジ光束における光強度を決定してもよい。 The wedge light source is based on a delay time until exposure starts in the exposure of the imaging unit and a time during which exposure continues, and light in the two wedge light fluxes corresponding to at least two of the plurality of trigger signals. The intensity may be determined.
 音響光学撮像装置は、前記ウェッジ光源から出射するウェッジ光束を反射させて前記音響光学媒質部に入射させる入射側ミラーと、前記音響光学媒質部で生じた回折光を反射させて前記結像光学系に入射させる出射側ミラーとをさらに備えていてもよい。 The acousto-optic imaging device reflects the wedge light beam emitted from the wedge light source so as to be incident on the acousto-optic medium unit, and reflects the diffracted light generated in the acousto-optic medium unit to reflect the imaging optical system. And an exit-side mirror that enters the light source.
 本発明にかかる他の一態様である音響光学撮像装置は、トリガ信号を生成するトリガ信号源と、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで、複数の基準波の繰り返しによるバースト波により構成される駆動信号を生成する駆動部と、前記駆動信号を受け取り、前記駆動信号に応じた超音波を物体の内部に出力する超音波源と、音響開口を有し、前記超音波が物体の内部において散乱することによって発生した散乱超音波が前記音響開口から内部に入射し、伝搬する音響光学媒質部と、前記散乱超音波の伝搬する方向に対して非平行に前記音響光学媒質部へ入射する単色のウェッジ光束を出射するウェッジ光源と、前記散乱超音波が伝搬することにより前記音響光学媒質部に生じた屈折率分布によって、前記音響光学媒質部において前記ウェッジ光束が回折し、生じた回折光が入射する結像光学系であって、前記回折光を集束させることにより像を形成する結像光学系と、前記結像光学系によって形成された像を撮影し、電気信号を出力する撮像部と、前記撮像部から前記電気信号を受け取り、前記撮影された画像の輝度を調整する信号処理部とを備え、前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、前記駆動部、前記超音波源、前記ウェッジ光源および前記撮像部は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、前記信号処理部は、前記撮像部が繰り返して動作することによって生成する複数の撮影された像の画像のうち、少なくとも2つの画像の平均輝度が一定となるように少なくとも2つの画像の輝度を調整する。 An acousto-optic imaging device according to another aspect of the present invention includes a trigger signal source that generates a trigger signal, and a burst wave generated by repeating a plurality of reference waves at a timing at which the trigger signal is received and the trigger signal is received. A drive unit configured to generate a drive signal, an ultrasonic source that receives the drive signal and outputs an ultrasonic wave corresponding to the drive signal to the inside of the object, and an acoustic aperture, and the ultrasonic wave is the object Scattered ultrasonic waves generated by scattering inside are incident on the inside of the acoustic aperture and propagated to the acoustooptic medium part non-parallel to the propagation direction of the scattered ultrasonic waves The acoustic wave is generated by a wedge light source that emits a monochromatic wedge light beam that is incident, and a refractive index distribution generated in the acousto-optic medium unit by the propagation of the scattered ultrasonic waves. An imaging optical system in which the wedge light beam is diffracted in the academic medium portion and the generated diffracted light is incident, and an imaging optical system that forms an image by focusing the diffracted light, and the imaging optical system The trigger signal source includes: an imaging unit that captures the formed image and outputs an electrical signal; and a signal processing unit that receives the electrical signal from the imaging unit and adjusts the brightness of the captured image. A plurality of trigger signals are repeatedly generated, and each time the trigger signal is generated, the drive unit, the ultrasonic source, the wedge light source, and the imaging unit repeatedly operate, and the signal processing unit The brightness of at least two images is adjusted so that the average brightness of at least two images is constant among a plurality of captured images generated by the imaging unit repeatedly operating. That.
<実施形態1>
 以下、本発明の音響光学撮像装置の第1の実施形態を説明する。図1は、第1の実施形態による音響光学撮像装置100の概略構成図である。
<Embodiment 1>
Hereinafter, a first embodiment of an acousto-optic imaging device of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an acousto-optic imaging device 100 according to the first embodiment.
 (音響光学撮像装置100の構成)
 音響光学撮像装置100は、ウェッジ光源1と、音響光学媒質部2と、結像光学系3と、撮像部4と、超音波源5と、駆動部51と、トリガ信号源6とを備える。なお、以後、図1に示すように、ウェッジ光束9の伝搬方向(光軸)をz軸とし、物体7と音響光学媒質部2の接する面である音響開口203に垂直な方向をy軸とし、y軸とz軸に垂直な方向である紙面に垂直な方向をx軸として説明する。
(Configuration of acousto-optic imaging device 100)
The acousto-optic imaging device 100 includes a wedge light source 1, an acousto-optic medium unit 2, an imaging optical system 3, an imaging unit 4, an ultrasonic source 5, a driving unit 51, and a trigger signal source 6. Hereinafter, as shown in FIG. 1, the propagation direction (optical axis) of the wedge luminous flux 9 is defined as the z axis, and the direction perpendicular to the acoustic aperture 203 that is the surface where the object 7 and the acoustooptic medium portion 2 are in contact is defined as the y axis. In the following description, the direction perpendicular to the paper plane, which is the direction perpendicular to the y-axis and the z-axis, is defined as the x-axis.
 トリガ信号源6は、ウェッジ光源1および駆動部51に電気的に接続され、トリガ信号源6から出力されるトリガ信号はウェッジ光源1および駆動部51に入力される。また、超音波源5は駆動部51に電気的に接続され、駆動部51より出力される駆動信号は超音波源5に入力される。 The trigger signal source 6 is electrically connected to the wedge light source 1 and the drive unit 51, and the trigger signal output from the trigger signal source 6 is input to the wedge light source 1 and the drive unit 51. The ultrasonic source 5 is electrically connected to the drive unit 51, and a drive signal output from the drive unit 51 is input to the ultrasonic source 5.
 超音波源5は、撮影時において、物体7に対して接するように配置され、物体7の内部に超音波8を出力する。超音波8は物体7を伝搬し、物体7中に音響特性(インピーダンス)が異なる部分が存在するとその部分において、散乱超音波が生じる。例えば図1では物体7中に部分7aおよび7bが存在する場合の様子を示しており、部分7aおよび7bにおいて散乱超音波8aおよび8bが生じる。 The ultrasonic source 5 is arranged so as to be in contact with the object 7 at the time of photographing, and outputs the ultrasonic wave 8 inside the object 7. The ultrasonic wave 8 propagates through the object 7, and if there is a part with different acoustic characteristics (impedance) in the object 7, scattered ultrasonic waves are generated in that part. For example, FIG. 1 shows a state where the parts 7a and 7b exist in the object 7, and scattered ultrasonic waves 8a and 8b are generated in the parts 7a and 7b.
 音響光学媒質部2は、撮像時において音響開口203を介して物体7に対して接するように配置され、物体7中で生じた散乱超音波8a、8bを内部に取り込む。物体7中で生じた散乱超音波8a、8bは音響光学媒質部2の内部に取り込まれ、物体7の情報を強度や位相分布に持つ散乱超音波8a、8bが音響光学媒質201中を伝搬する。 The acoustooptic medium unit 2 is disposed so as to be in contact with the object 7 through the acoustic aperture 203 at the time of imaging, and takes in the scattered ultrasonic waves 8 a and 8 b generated in the object 7. The scattered ultrasonic waves 8 a and 8 b generated in the object 7 are taken into the acousto-optic medium unit 2, and the scattered ultrasonic waves 8 a and 8 b having information on the object 7 in intensity and phase distribution propagate in the acousto-optic medium 201. .
 ウェッジ光源1は、音響光学媒質部2に向けてウェッジ光束9を出射する。ウェッジ光束9は、図1のy方向(第1の方向)に収束して焦点を持ち、かつ、x方向(第2の方向)には収束せずに平行伝搬する。また、ウェッジ光束9の焦点は、音響光学媒質部2を挟んでウェッジ光源1の反対側つまり、音響光学媒質部2と結像光学系3との間に位置する。また、ウェッジ光束9の光強度は時間変化する。 The wedge light source 1 emits a wedge light beam 9 toward the acousto-optic medium unit 2. The wedge light beam 9 converges in the y direction (first direction) in FIG. 1 to have a focal point, and propagates in parallel without converging in the x direction (second direction). Further, the focal point of the wedge light beam 9 is located on the opposite side of the wedge light source 1 with the acoustooptic medium unit 2 interposed therebetween, that is, between the acoustooptic medium unit 2 and the imaging optical system 3. Further, the light intensity of the wedge luminous flux 9 changes with time.
 音響光学媒質201を散乱超音波8a、8bが伝搬すると、散乱超音波8a、8bが疎密波(縦波)であることによって音響光学媒質201に疎密分布が生じる。この疎密分布は、ウェッジ光束9に対して回折格子として機能し、-1次回折光束9a、0次回折光束9bおよび+1次回折光束9cが生成する。-1次回折光束9aおよび+1次回折光束9cは、焦点面10aにおいて集束し、物体7の像を形成する。ここで、焦点面10aとは、ウェッジ光束9の焦点を通り、ウェッジ光束9の伝搬方向に対して垂直な面(xy平面)のことをいう。 When the scattered ultrasonic waves 8a and 8b propagate through the acoustooptic medium 201, the scattered ultrasonic waves 8a and 8b are sparse and dense waves (longitudinal waves), so that a sparse and dense distribution is generated in the acoustooptic medium 201. This sparse / dense distribution functions as a diffraction grating for the wedge light beam 9, and a −1st order diffracted light beam 9a, a 0th order diffracted light beam 9b, and a + 1st order diffracted light beam 9c are generated. The −1st order diffracted light beam 9a and the + 1st order diffracted light beam 9c are focused on the focal plane 10a to form an image of the object 7. Here, the focal plane 10a refers to a plane (xy plane) that passes through the focus of the wedge beam 9 and is perpendicular to the propagation direction of the wedge beam 9.
 焦点面10aで結像される像は不完全であり、ウェッジ光束9が集束する方向(y方向)においては像を形成しているが、ウェッジ光束9が平行伝搬する方向(x方向)においては像を形成していない。結像光学系3は、音響光学媒質部2を挟んでウェッジ光源1と対向する位置に配置されている。音響光学媒質部2を透過した-1次回折光束9aおよび+1次回折光束9cは、結像光学系3に入射し、結像光学系3によって、x方向においても集束し、像を形成する。つまり、-1次回折光束9aおよび+1次回折光束9cで形成される物体7の不完全な像は、結像光学系3により結像面10bにおいて完全な像として形成される。撮像部4は、結像光学系3により形成された-1次回折光束9aあるいは+1次回折光束9cによる像を撮影し、電気信号に変換する。 The image formed on the focal plane 10a is incomplete and forms an image in the direction in which the wedge beam 9 is converged (y direction), but in the direction in which the wedge beam 9 is propagated in parallel (x direction). The image is not formed. The imaging optical system 3 is disposed at a position facing the wedge light source 1 with the acousto-optic medium unit 2 interposed therebetween. The −1st order diffracted light beam 9a and the + 1st order diffracted light beam 9c that have passed through the acoustooptic medium unit 2 enter the imaging optical system 3, and are also focused in the x direction by the imaging optical system 3 to form an image. That is, the incomplete image of the object 7 formed by the −1st order diffracted light beam 9a and the + 1st order diffracted light beam 9c is formed as a complete image by the image forming optical system 3 on the image forming surface 10b. The imaging unit 4 captures an image of the −1st order diffracted light beam 9a or + 1st order diffracted light beam 9c formed by the imaging optical system 3, and converts the image into an electrical signal.
 図2は音響光学撮像装置100の主要な構成要素およびその信号のフローを概略的に示す。図2を用いて、音響光学撮像装置の動作を簡単に説明する。 FIG. 2 schematically shows the main components of the acousto-optic imaging device 100 and the signal flow thereof. The operation of the acousto-optic imaging device will be briefly described with reference to FIG.
 まず、トリガ信号源6で生成したトリガ信号が、駆動部51およびウェッジ光源1に入力される。駆動部51は、トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングで駆動信号を生成する。超音波源5は、駆動部51より駆動信号を受け取り、駆動信号に応じた超音波を生成する。生成した超音波は、物体7に入射し、物体7で生成した散乱超音波が音響光学媒質部2の内部に入射する。ここで「受け取ったタイミング」とは、音響光学撮像装置において、意図した遅延時間を設けずに、トリガ信号を受け取った直後の時刻であることを意味し、実質的に同時を意味する。ただし、厳密に同時でなくてもよく、音響光学撮像装置において不可避的に生じる信号処理等に要する時間程度の遅れがあってもよい。 First, the trigger signal generated by the trigger signal source 6 is input to the drive unit 51 and the wedge light source 1. The drive unit 51 receives the trigger signal and generates a drive signal at the received timing. The ultrasonic source 5 receives a driving signal from the driving unit 51 and generates an ultrasonic wave corresponding to the driving signal. The generated ultrasonic wave enters the object 7, and the scattered ultrasonic wave generated by the object 7 enters the acoustooptic medium unit 2. Here, “received timing” means a time immediately after receiving a trigger signal without providing an intended delay time in the acousto-optic imaging device, and substantially means simultaneous. However, it may not be strictly the same, and there may be a delay of about the time required for signal processing and the like that inevitably occur in the acousto-optic imaging device.
 ウェッジ光源1は、トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングで、所定の時間ウェッジ光束9を出射する。ウェッジ光束9の光強度は、トリガ信号の入力時刻を基準とする所定の時間内において、増大する。 The wedge light source 1 receives the trigger signal and emits the wedge light beam 9 for a predetermined time at the received timing. The light intensity of the wedge luminous flux 9 increases within a predetermined time based on the input time of the trigger signal.
 音響光学媒質部2に散乱超音波およびウェッジ光束9が入射され、お互いに接触することにより、物体7に対応した回折像が生成される。生成した回折像を撮像部4が撮影することによって、物体7に対応した回折像が取得できる。このようにして、音響光学撮像装置100は超音波8を介して物体7の像を取得する。トリガ信号源6はトリガ信号を繰り返して複数回生成し、トリガ信号を受け取るたびに、駆動部51、ウェッジ光源1および撮像部4は上述した動作を行う。以下、各構成要素を詳細に説明する。 The scattered ultrasonic waves and the wedge light beam 9 are incident on the acoustooptic medium unit 2 and come into contact with each other, whereby a diffraction image corresponding to the object 7 is generated. When the imaging unit 4 captures the generated diffraction image, a diffraction image corresponding to the object 7 can be acquired. In this way, the acoustooptic imaging device 100 acquires an image of the object 7 via the ultrasonic wave 8. The trigger signal source 6 repeatedly generates the trigger signal a plurality of times, and each time the trigger signal is received, the drive unit 51, the wedge light source 1 and the imaging unit 4 perform the above-described operation. Hereinafter, each component will be described in detail.
 (トリガ信号源6)
 トリガ信号源6は、トリガ信号を繰り返し、駆動部51およびウェッジ光源1へ出力する。トリガ信号は、単一のパルス信号であっても良いし、周期的にパルスを出力する連続信号であっても良い。トリガ信号の生成する時刻は、t0~tN等で示される。つまり、N番目のトリガ信号が生成する時刻はtNで示される。
(Trigger signal source 6)
The trigger signal source 6 repeats the trigger signal and outputs it to the drive unit 51 and the wedge light source 1. The trigger signal may be a single pulse signal or a continuous signal that periodically outputs pulses. The time at which the trigger signal is generated is indicated by t 0 to t N or the like. That is, the time when the Nth trigger signal is generated is indicated by t N.
 (ウェッジ光源1)
 ウェッジ光源1は単色光によるウェッジ光束9を出射する。本実施形態では、ウェッジ光源1は、トリガ信号を受け取るたびに、トリガ信号を受け取ったタイミングで所定の時間ウェッジ光束9を出射する。ウェッジ光束9は、図3(a)に示すようにyz平面においては焦点面10aで焦点を結び、図3(b)に示すように、xz平面においては平行伝搬して焦点を結ばない。ウェッジ光束9はz方向に伝搬するのでy方向(第1の方向)に集束し、x方向(第2の方向)には集束しないといえる。ウェッジ光束9の焦点面10aの位置は、ウェッジ光源1に対して、音響光学媒質部2を挟んだ反対側、つまり、音響光学媒質部2と結像光学系3(図1)との間に位置する。また、ウェッジ光束9の光強度は、トリガ信号を受信した時刻を基準とし、所定の光強度関数に従って時間変化する。より具体的には、所定の時間内において、ウェッジ光束の光強度は基準時刻より時間が経過するに連れて強くなる。所定の時間、所定の光強度関数に従って光強度が増大するウェッジ光束9を出射したのち、ウェッジ光源1は、出射を終了し、次のトリガ信号が入力されるまで待機する。ウェッジ光束9が出射される所定の時間は、トリガ信号の繰り返し周期以下である。ここで光強度の時間変化とは、ウェッジ光束9が出射されている状態における光強度が時間によって変化することをいい、ウェッジ光束9が出射されていない状態と出射されている状態とによる光強度の変化を含まない。
(Wedge light source 1)
The wedge light source 1 emits a wedge light beam 9 of monochromatic light. In this embodiment, the wedge light source 1 emits the wedge light beam 9 for a predetermined time at the timing of receiving the trigger signal every time the trigger signal is received. The wedge beam 9 is focused on the focal plane 10a in the yz plane as shown in FIG. 3A, and is not propagated in parallel in the xz plane as shown in FIG. 3B. Since the wedge light beam 9 propagates in the z direction, it can be said that it converges in the y direction (first direction) and does not converge in the x direction (second direction). The position of the focal plane 10a of the wedge luminous flux 9 is opposite to the wedge light source 1 with the acoustooptic medium section 2 interposed therebetween, that is, between the acoustooptic medium section 2 and the imaging optical system 3 (FIG. 1). To position. The light intensity of the wedge luminous flux 9 changes with time according to a predetermined light intensity function with reference to the time when the trigger signal is received. More specifically, within a predetermined time, the light intensity of the wedge luminous flux increases as time elapses from the reference time. After emitting the wedge luminous flux 9 whose light intensity increases according to a predetermined light intensity function for a predetermined time, the wedge light source 1 ends the emission and waits until the next trigger signal is input. The predetermined time when the wedge light beam 9 is emitted is equal to or shorter than the repetition period of the trigger signal. Here, the time change of the light intensity means that the light intensity in the state where the wedge light beam 9 is emitted changes with time, and the light intensity depending on the state where the wedge light beam 9 is not emitted and the state where it is emitted. Does not include changes.
 ウェッジ光束9の光強度の時間変化を示す関数としては、単純増加関数であってよい。たとえば、指数関数、累乗関数、複数の累乗関数の和からなる関数などであってよい。 The function indicating the temporal change in the light intensity of the wedge luminous flux 9 may be a simple increase function. For example, it may be an exponential function, a power function, or a function composed of the sum of a plurality of power functions.
 上述の機能のため、ウェッジ光源1は、例えば図3に示すように、レーザー光源11、拡大光学系12、光学開口13、シリンドリカルレンズ14および光強度変調信号源15を含む。 For the above-described functions, the wedge light source 1 includes a laser light source 11, an enlargement optical system 12, an optical aperture 13, a cylindrical lens 14, and a light intensity modulation signal source 15 as shown in FIG.
 図3に示すように、光強度変調信号源15は、トリガ信号を受け取り、トリガ信号を受け取ったタイミングで所定の光強度関数に従って電圧あるいは電流が変増大する光強度変調信号を出力する。光強度変調信号源15はレーザー光源11に電気的に接続され、レーザー光源11は、光強度変調信号を受け取る。レーザー光源11は、光強度変調信号の電圧あるいは電流に応じた光強度の単色光光束91を出射する。レーザー光源11から出射した単色光の光束91は、拡大光学系12に入射する。拡大光学系12は、レーザー光源11から出射した単色光の光束91の口径を拡大し、拡大された口径を有する平面波光束92を出射する。平面波光束92は光学開口13を通り、シリンドリカルレンズ14に入射する。 As shown in FIG. 3, the light intensity modulation signal source 15 receives a trigger signal and outputs a light intensity modulation signal whose voltage or current varies and increases according to a predetermined light intensity function at the timing of receiving the trigger signal. The light intensity modulation signal source 15 is electrically connected to the laser light source 11, and the laser light source 11 receives the light intensity modulation signal. The laser light source 11 emits a monochromatic light beam 91 having a light intensity corresponding to the voltage or current of the light intensity modulation signal. A monochromatic light beam 91 emitted from the laser light source 11 enters the magnifying optical system 12. The magnifying optical system 12 expands the aperture of the monochromatic light beam 91 emitted from the laser light source 11 and emits a plane wave beam 92 having an expanded aperture. The plane wave light beam 92 passes through the optical aperture 13 and enters the cylindrical lens 14.
 シリンドリカルレンズ14は、平面波光束92がy方向において音響光学媒質部2を透過後、焦点面10a上で焦点を結ぶよう設定されている。x方向においては屈折力を持たず、拡大光学系12通過後の平面波光束92は平行光束のまま音響光学媒質部2を透過し、焦点面10aにおいても、像を形成しない。 The cylindrical lens 14 is set so that the plane wave light beam 92 is focused on the focal plane 10a after passing through the acoustooptic medium unit 2 in the y direction. The plane wave light beam 92 having no refractive power in the x direction and passing through the magnifying optical system 12 passes through the acoustooptic medium unit 2 as a parallel light beam, and does not form an image on the focal plane 10a.
 図3に示す構成において、光強度変調信号に応じた光強度の単色光の光束91を得るためには、レーザー光源11としてレーザーダイオード(LD)を用い、光強度変調信号源15において電流を変調した光強度変調信号を生成し、これを駆動電流源として用いれば、LDを直接変調することができる。 In the configuration shown in FIG. 3, in order to obtain a monochromatic light beam 91 having a light intensity corresponding to the light intensity modulation signal, a laser diode (LD) is used as the laser light source 11 and the current is modulated in the light intensity modulation signal source 15. If the generated light intensity modulation signal is generated and used as a drive current source, the LD can be directly modulated.
 ウェッジ光源1は、図3に示す構成以外の構成を備えていてもよい。例えば、図4に示すように、ウェッジ光源1’は、光変調器16をさらに含み、光強度変調信号に基づいて、光変調器16がレーザー光源11から出射する時刻にかかわらず一定の光強度を有する光束91の光強度を変調してもよい。図4に示すように、レーザー光源11から出射した単色光の光束91は光変調器16に入射する。光変調器16は、光強度変調信号源15から光強度変調信号を受け取り、光強度変調信号の電圧または電流の大きさに応じて、光束91の光強度を変調する。光変調器16より出射した単色光の光束91は、図3を参照して説明したように、拡大光学系12、光学開口13およびシリンドリカルレンズ14を透過し、ウェッジ光束9となる。光変調器16はさらに光束91を遮断するように光束91の光強度を変調してもよい。これにより、光変調器16はウェッジ光源1からウェッジ光束9が出射しない待機状態も実現し得る。 The wedge light source 1 may have a configuration other than the configuration shown in FIG. For example, as shown in FIG. 4, the wedge light source 1 ′ further includes a light modulator 16, and based on the light intensity modulation signal, a constant light intensity regardless of the time when the light modulator 16 emits from the laser light source 11. You may modulate the light intensity of the light beam 91 which has. As shown in FIG. 4, a monochromatic light beam 91 emitted from the laser light source 11 enters the optical modulator 16. The light modulator 16 receives the light intensity modulation signal from the light intensity modulation signal source 15 and modulates the light intensity of the light beam 91 according to the voltage or current magnitude of the light intensity modulation signal. The monochromatic light beam 91 emitted from the light modulator 16 passes through the magnifying optical system 12, the optical aperture 13, and the cylindrical lens 14 and becomes a wedge light beam 9 as described with reference to FIG. 3. The light modulator 16 may further modulate the light intensity of the light beam 91 so as to block the light beam 91. Thereby, the optical modulator 16 can also realize a standby state in which the wedge light beam 9 is not emitted from the wedge light source 1.
 図4に示す構成によれば、レーザー光源11として必ずしもLDを用いる必要は無く、レーザー光源の種類に制約はない。例えば、He-Neレーザー等のガスレーザを用いることも可能である。 According to the configuration shown in FIG. 4, it is not always necessary to use an LD as the laser light source 11, and there is no restriction on the type of the laser light source. For example, a gas laser such as a He—Ne laser can be used.
 光変調器16としては、市販されている音響光学効果を用いた光変調器(AOM:Acousto-Optical Modulator)、LN変調器(LiNbO)などの電気光学効果を用いた光変調器(EOM:Electro-Optical Modulator)、電界光吸収効果を用いた光変調器(EA変調器:Electro-Absorption)などの他、磁気光学効果、熱光学効果、非線形光学効果などを用いた光変調器を用いることが可能である。 As the optical modulator 16, an optical modulator (EOM) using an electro-optic effect such as a commercially available optical modulator (AOM: Acoustic-Optical Modulator), an LN modulator (LiNbO 3 ), or the like. Electro-Optical Modulator), optical modulator using electro-optical absorption effect (EA modulator: Electro-Absorption), etc., as well as using optical modulators using magneto-optic effect, thermo-optic effect, nonlinear optical effect, etc. Is possible.
 また、トリガ信号が連続パルス信号である場合には、ウェッジ光源1’’は上述した構成に代えて、減光フィルタを含む光変調器16’を含んでいてもよい。図5(a)および(b)に示すように、光変調器16’は周回方向において光の減衰率が異なる分布を有する減光フィルタが設けられた回転ディスク17aと、回転ディスク17aを回転させるモーター17bとを含む。 If the trigger signal is a continuous pulse signal, the wedge light source 1 ″ may include an optical modulator 16 ′ including a neutral density filter instead of the above-described configuration. As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the optical modulator 16 ′ rotates the rotating disk 17a provided with a neutral density filter having a distribution in which the attenuation factor of light differs in the circulation direction, and the rotating disk 17a. Including a motor 17b.
 モーター17bは、光強度変調信号源15から出力される光強度変調信号によって、トリガ信号の繰り返し周期と同じ周期で回転する。光強度の時間変化は、回転ディスク17aに付与する減光フィルタの減衰率の分布により調整することができる。回転ディスク17aは、光束91が減光フィルタを透過するように配置され、回転ディスク17aが回転し、光束91が入射される位置の減光フィルタの減衰率が変化することにより、光強度が変化する。これにより、回転ディスク17aが1回転する周期で光強度の強度変化を得ることができる。回転ディスク17aは減光フィルタの端部にさらに光束91を実質的に遮断する遮光版部を有していてもよい。これにより、光変調器16’はウェッジ光源1からウェッジ光束9が出射しない待機状態も実現し得る。 The motor 17b rotates at the same period as the repetition period of the trigger signal by the light intensity modulation signal output from the light intensity modulation signal source 15. The temporal change of the light intensity can be adjusted by the distribution of the attenuation factor of the neutral density filter applied to the rotating disk 17a. The rotating disk 17a is arranged so that the light beam 91 passes through the neutral density filter, and the light intensity changes as the rotational disk 17a rotates and the attenuation factor of the neutral density filter at the position where the luminous flux 91 is incident changes. To do. Thereby, the intensity change of the light intensity can be obtained in a cycle in which the rotating disk 17a rotates once. The rotating disk 17a may further include a light shielding plate portion that substantially blocks the light beam 91 at the end of the neutral density filter. Thereby, the optical modulator 16 ′ can also realize a standby state in which the wedge light beam 9 is not emitted from the wedge light source 1.
 図5に示す構成において、トリガ信号の周期と回転ディスク17aの回転周期を一致させる制御が困難な場合には、図6に示す制御を用いてもよい。 In the configuration shown in FIG. 5, when it is difficult to make the trigger signal period coincide with the rotation period of the rotary disk 17a, the control shown in FIG. 6 may be used.
 具体的には、図6に示すように、音響光学撮像装置100’は、ウェッジ光束9の一部を検出する光電変換素子18をさらに備えていてもよい。光電変換素子18は、例えば、結像面10bにおいて、ウェッジ光束9の一部である0次回折光束9bを検出し、検出した光の強度に応じた検出信号を出力する。 Specifically, as shown in FIG. 6, the acousto-optic imaging device 100 ′ may further include a photoelectric conversion element 18 that detects a part of the wedge light beam 9. For example, the photoelectric conversion element 18 detects a 0th-order diffracted light beam 9b which is a part of the wedge light beam 9 on the imaging surface 10b, and outputs a detection signal corresponding to the detected light intensity.
 トリガ信号源6は、所定の閾値を記憶した記憶部を有する。トリガ信号源6は、光電変換素子18の検出信号を受け取り、検出信号が、閾値より大きい状態から小さい状態に変化するタイミングで、パルス信号をトリガ信号として出力する。 The trigger signal source 6 has a storage unit that stores a predetermined threshold value. The trigger signal source 6 receives the detection signal of the photoelectric conversion element 18 and outputs a pulse signal as a trigger signal at a timing when the detection signal changes from a state larger than a threshold value to a smaller state.
 図7は図6に示す構成による音響光学撮像装置100’の主要な構成要素およびその信号のフローを概略的に示したものである。図7に示すように、まず、ウェッジ光源1’’からウェッジ光束9が音響光学媒質部2に入射する。光電変換素子18は、音響光学媒質部2から出射する0次回折光束9bを受光して光電変換を行い、検出信号を生成する。トリガ信号源6は、光電変換素子18で生成した検出信号を受け取り、上述したタイミングでトリガ信号を生成する。トリガ信号源6は生成したトリガ信号を駆動部51およびウェッジ光源1に出力する。駆動部51は、トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングで駆動信号を生成し、超音波源5へ出力する。超音波源5は、駆動信号によって超音波を生成し、物体7に向けて送信する。物体7で生成した散乱超音波は音響光学媒質部2の内部に入射する。 FIG. 7 schematically shows the main components of the acousto-optic imaging device 100 ′ having the configuration shown in FIG. 6 and the signal flow thereof. As shown in FIG. 7, first, the wedge light beam 9 enters the acousto-optic medium unit 2 from the wedge light source 1 ″. The photoelectric conversion element 18 receives the 0th-order diffracted light beam 9b emitted from the acoustooptic medium unit 2, performs photoelectric conversion, and generates a detection signal. The trigger signal source 6 receives the detection signal generated by the photoelectric conversion element 18 and generates a trigger signal at the timing described above. The trigger signal source 6 outputs the generated trigger signal to the drive unit 51 and the wedge light source 1. The drive unit 51 receives the trigger signal, generates a drive signal at the received timing, and outputs the drive signal to the ultrasonic source 5. The ultrasonic source 5 generates an ultrasonic wave by a drive signal and transmits the ultrasonic wave toward the object 7. Scattered ultrasonic waves generated by the object 7 enter the acoustooptic medium unit 2.
 ウェッジ光源1’’は、ウェッジ光束9を音響光学媒質部2に向けて出射する。上述したように、ウェッジ光束9の光強度は、トリガ信号を受け取ったタイミングで時間の経過とともに変化し、所定の時間所定の光強度関数に従って変化する。その後、ウェッジ光束9の出力を終了し、次のトリガ信号が入力されるまで待機する。音響光学媒質部2において、散乱超音波およびウェッジ光束9が入射し、互いに接触することにより、物体7に対応した回折像が生成する。生成した回折像が撮像部4に入射することにより、物体7に対応した回折像が得られる。以上のように、図5および図6に示す音響光学撮像装置100’は超音波8を介して物体7の像を取得する。なお、図6の構成は回転ディスク17aを有する光変調器16用いる場合以外にも適用可能である。 The wedge light source 1 ″ emits the wedge light beam 9 toward the acousto-optic medium unit 2. As described above, the light intensity of the wedge luminous flux 9 changes with the passage of time at the timing when the trigger signal is received, and changes according to a predetermined light intensity function for a predetermined time. Thereafter, the output of the wedge luminous flux 9 is terminated, and the process waits until the next trigger signal is input. In the acousto-optic medium unit 2, scattered ultrasonic waves and wedge light beams 9 enter and come into contact with each other, thereby generating a diffraction image corresponding to the object 7. When the generated diffraction image enters the imaging unit 4, a diffraction image corresponding to the object 7 is obtained. As described above, the acoustooptic imaging device 100 ′ illustrated in FIGS. 5 and 6 acquires an image of the object 7 via the ultrasonic wave 8. Note that the configuration of FIG. 6 is applicable to cases other than the case where the optical modulator 16 having the rotating disk 17a is used.
 以上のような構成により、ウェッジ光源1’’は、トリガ信号を基準に光強度が時間変化する単色光のウェッジ光束9を音響光学媒質部2に向けて出射する。 With the configuration as described above, the wedge light source 1 ″ emits the monochromatic light wedge light flux 9 whose light intensity changes with respect to the trigger signal toward the acoustooptic medium unit 2.
 (駆動部51)
 駆動部51は、本実施形態では、トリガ信号源6からトリガ信号を受け取るたびに、トリガ信号を受け取ったタイミングで駆動信号を生成し、出力する。駆動部51は、駆動信号を生成した後、次のトリガ信号が入力されるまで待機する。
(Driver 51)
In this embodiment, the drive unit 51 generates and outputs a drive signal at the timing of receiving the trigger signal every time the trigger signal is received from the trigger signal source 6. After generating the drive signal, the drive unit 51 waits until the next trigger signal is input.
 駆動部51が出力する駆動信号は、複数波の同一基準波形の繰り返しによるバースト波である。たとえば、駆動信号は、振幅および周波数が一定の正弦波形が一定時間連続する時間波形をもつ正弦波である。基準波形は、矩形波や、三角波などであってもよい。 The drive signal output by the drive unit 51 is a burst wave generated by repeating a plurality of identical reference waveforms. For example, the drive signal is a sine wave having a time waveform in which a sine waveform having a constant amplitude and frequency is continuous for a fixed time. The reference waveform may be a rectangular wave or a triangular wave.
 なお、正弦波の波数が多く、駆動信号の継続時間が長い場合、送信される超音波の継続時間も長くなり、物体7中の異なる深さに位置する異なる部分において散乱される超音波を時間的に分離することが難しくなる。このため、正弦波の波数は、超音波の長さが物体7中の観察したい領域の深さと同程度以下となるように決定することが好ましい。例えば、物体7が生体であり、駆動信号として10MHzのバースト状正弦波を入力する場合を考える。生体は実質的に水と等価であり、水中での超音波の音速はおよそ1500m/secであるので、10MHzの正弦波の波長は0.15mmである。波数10のバースト状正弦波信号による水中でのバースト超音波の長さは1.5mmであり、波数100のバースト状正弦波信号による水中でのバースト超音波の長さは15mmである。例えば、物体7中の100mm程度の深さ領域で観察する場合、波数を100程度以下とすればバースト超音波の長さは観察領域の深さよりも十分短くなる。また、10mm程度の深さ領域で観察する場合、10波程度のバースト超音波を使えばバースト超音波の長さは観察領域の深さよりも十分短くなる。 When the wave number of the sine wave is large and the duration of the drive signal is long, the duration of the transmitted ultrasonic wave is also long, and the ultrasonic waves scattered at different parts in the object 7 at different depths are timed. Separation becomes difficult. For this reason, it is preferable to determine the wave number of the sine wave so that the length of the ultrasonic wave is less than or equal to the depth of the region to be observed in the object 7. For example, consider a case where the object 7 is a living body and a 10 MHz burst sine wave is input as a drive signal. A living body is substantially equivalent to water, and the sound velocity of ultrasonic waves in water is approximately 1500 m / sec. Therefore, the wavelength of a 10 MHz sine wave is 0.15 mm. The length of the burst ultrasonic wave in water by the burst-like sine wave signal of wave number 10 is 1.5 mm, and the length of the burst ultrasonic wave in the water by the burst-like sine wave signal of wave number 100 is 15 mm. For example, when observing in a depth region of about 100 mm in the object 7, if the wave number is about 100 or less, the length of the burst ultrasonic wave becomes sufficiently shorter than the depth of the observation region. When observing in a depth region of about 10 mm, if a burst ultrasonic wave of about 10 waves is used, the length of the burst ultrasonic wave is sufficiently shorter than the depth of the observation region.
 なお、駆動信号における基準波形の波数は小さい方が好ましいが、波数が小さくなると超音波の継続時間も小さくなるため、回折像の生成時間が短くなり、回折像の露光量が小さくなる。この場合、トリガ信号の繰り返し周波数を大きくし、露光回数を多くすることにより露光量を大きくすることが可能である。上述した理由から、基準波形の波数は10以上1000以下程度である場合、適切な露光量および深さ方向の分解能で物体7を撮影し得る。 Although it is preferable that the wave number of the reference waveform in the drive signal is small, if the wave number is small, the duration time of the ultrasonic wave is also small, so that the generation time of the diffraction image is shortened and the exposure amount of the diffraction image is small. In this case, the exposure amount can be increased by increasing the repetition frequency of the trigger signal and increasing the number of exposures. For the reason described above, when the wave number of the reference waveform is about 10 or more and 1000 or less, the object 7 can be photographed with an appropriate exposure amount and resolution in the depth direction.
 (超音波源5)
 超音波源5は、撮像時には物体7に接して配置される。超音波源5は、駆動部51からの駆動信号を受け取るたびに駆動され、超音波8を送信する。超音波8は、物体7の撮影したい領域を、概ね均一に送信される。超音波源5が物体7に入射する超音波8は平面波であっても良いし、平面波でなくてもよい。超音波源5が物体7に効率よく超音波8を入射できるように、超音波ゲルなどの整合材を用いて超音波源5と物体7の密着性を高めても良い。
(Ultrasonic source 5)
The ultrasonic source 5 is disposed in contact with the object 7 during imaging. The ultrasonic source 5 is driven each time it receives a drive signal from the drive unit 51 and transmits an ultrasonic wave 8. The ultrasonic wave 8 is transmitted substantially uniformly over the area of the object 7 to be photographed. The ultrasonic wave 8 incident on the object 7 by the ultrasonic source 5 may be a plane wave or may not be a plane wave. The adhesion between the ultrasonic source 5 and the object 7 may be improved by using an alignment material such as an ultrasonic gel so that the ultrasonic source 5 can efficiently enter the ultrasonic wave 8 on the object 7.
 (物体7)
 物体7は、超音波の伝搬減衰が極端に大きくない材料で構成される。物体7の一例は生体であり、また別の一例は水などの液体である。物体7が生体である場合、物体7の内部の部分7a、7bは、生体内の血管や臓器等の組織であってよい。
(Object 7)
The object 7 is made of a material whose ultrasonic wave propagation attenuation is not extremely large. An example of the object 7 is a living body, and another example is a liquid such as water. When the object 7 is a living body, the internal portions 7a and 7b of the object 7 may be tissues such as blood vessels and organs in the living body.
 (超音波8)
 物体7に入射された超音波8は、物体7中を伝搬する。物体7内に構成する物質との音響特性が異なる部分7a、7bが存在する場合、部分7a、7bに超音波8が照射されると、超音波8と同一周波数をもつ散乱超音波8a、8bが生成する。散乱超音波は、音響開口203から音響光学媒質部2に入射し、音響光学媒質部2の内部を伝搬する。この際、深い位置に存在する部分ほど、超音波8の伝搬距離、および、散乱超音波の伝搬距離が大きくなるため、散乱超音波8a、8bの強度が弱く、また時間的に遅れて音響光学媒質部2に入射する。音響光学媒質部2の内部に入射された散乱超音波8a、8bは、物体7の内部の構造(音響特性上の差異)を反映した強度や位相分布を持つ。
(Ultrasonic 8)
The ultrasonic wave 8 incident on the object 7 propagates through the object 7. When there are portions 7a and 7b having different acoustic characteristics from the substance constituting the object 7, when the ultrasonic waves 8 are irradiated on the portions 7a and 7b, scattered ultrasonic waves 8a and 8b having the same frequency as the ultrasonic waves 8 are applied. Produces. The scattered ultrasonic waves enter the acoustooptic medium unit 2 from the acoustoscopic aperture 203 and propagate through the acoustooptic medium unit 2. At this time, since the propagation distance of the ultrasonic wave 8 and the propagation distance of the scattered ultrasonic wave become larger as the part is located deeper, the intensity of the scattered ultrasonic waves 8a and 8b is weak, and the time delays acoustooptics. Incident on the medium portion 2. The scattered ultrasonic waves 8a and 8b incident on the inside of the acousto-optic medium unit 2 have intensity and phase distribution reflecting the internal structure of the object 7 (difference in acoustic characteristics).
 例えば、図1に示すように物体7内に物体7を構成する物質との音響特性が異なる部分7a、7bが物体7内の異なる深さに位置する場合を考える。部分7a、7bに超音波8が照射されると、超音波8と同一周波数をもつ散乱超音波8a、8bが生成する。散乱超音波8a、8bは、音響光学媒質部2の内部に、音響開口203を介して入射する。この際、物体7内のより深い位置にある部分7bの散乱超音波8bとより浅い位置にある部分7aの散乱超音波8aとを比較する。超音波8が超音波源5から部分7a、7bのそれぞれに到達するまでの伝搬距離は、部分7aよりも部分7bまでの方が大きい。また、部分7a、7bにおいて生成される散乱超音波8a、8bが音響光学媒質部2に到達するまでの距離は、部分7aからの散乱超音波8aよりも部分7bからの散乱超音波8bのほうが大きい。そのため、散乱超音波8bは散乱超音波8aよりも遅く音響光学媒質部2の内部に到達する。また、物体7中での伝搬減衰は散乱超音波8aよりも散乱超音波8bの方が大きい。 For example, let us consider a case where the portions 7a and 7b having different acoustic characteristics from the substance constituting the object 7 are located at different depths in the object 7 as shown in FIG. When the ultrasonic waves 8 are applied to the portions 7a and 7b, scattered ultrasonic waves 8a and 8b having the same frequency as the ultrasonic waves 8 are generated. The scattered ultrasonic waves 8 a and 8 b are incident on the inside of the acoustooptic medium unit 2 through the acoustic aperture 203. At this time, the scattered ultrasonic wave 8b of the portion 7b located at a deeper position in the object 7 is compared with the scattered ultrasonic wave 8a of the portion 7a located at a shallower position. The propagation distance until the ultrasonic wave 8 reaches each of the parts 7a and 7b from the ultrasonic source 5 is larger in the part 7b than in the part 7a. Further, the distance until the scattered ultrasonic waves 8a and 8b generated in the portions 7a and 7b reach the acoustooptic medium unit 2 is larger in the scattered ultrasonic wave 8b from the portion 7b than in the scattered ultrasonic wave 8a from the portion 7a. large. Therefore, the scattered ultrasonic wave 8b reaches the inside of the acoustooptic medium unit 2 later than the scattered ultrasonic wave 8a. Further, the propagation attenuation in the object 7 is larger in the scattered ultrasonic wave 8b than in the scattered ultrasonic wave 8a.
 (音響光学媒質部2)
 音響光学媒質部2は、音響光学媒質201と、セル202とを含み、音響光学媒質201はセル202に内包されている。音響光学媒質部2は、物体7を撮影する際には音響開口203において物体7と接するように配置される。音響開口203が物体7に接して配置されることにより、音響開口203に到達した物体7からの散乱超音波8a、8bが音響光学媒質部2の内部に取り込まれる。上述したように散乱超音波8a、8bを効率よく音響光学媒質部2内に伝搬させるため、物体7と音響光学媒質部2との間に、超音波ゲルなどの整合材を配置したり、音響整合層を配置してもよい。
(Acousto-optic medium part 2)
The acoustooptic medium unit 2 includes an acoustooptic medium 201 and a cell 202, and the acoustooptic medium 201 is included in the cell 202. The acousto-optic medium unit 2 is disposed so as to be in contact with the object 7 at the acoustic aperture 203 when the object 7 is photographed. By arranging the acoustic aperture 203 in contact with the object 7, scattered ultrasonic waves 8 a and 8 b from the object 7 reaching the acoustic aperture 203 are taken into the acoustooptic medium unit 2. As described above, in order to efficiently propagate the scattered ultrasonic waves 8 a and 8 b into the acoustooptic medium unit 2, a matching material such as an ultrasonic gel is disposed between the object 7 and the acoustooptic medium unit 2, A matching layer may be disposed.
 散乱超音波8a、8bは、図1において、y軸方向に伝搬する。この方向は、散乱超音波8aが音響開口203に垂直に入射する場合、音響開口203を構成する面に垂直であり、音響開口203の法線方向である。 The scattered ultrasonic waves 8a and 8b propagate in the y-axis direction in FIG. This direction is perpendicular to the surface constituting the acoustic aperture 203 and is the normal direction of the acoustic aperture 203 when the scattered ultrasonic wave 8a is incident on the acoustic aperture 203 perpendicularly.
 散乱超音波8a、8bは縦波であるため、音響光学媒質201を散乱超音波8a、8bが伝搬すると、音響光学媒質201の音圧分布、すなわち、散乱超音波8a、8bの波面に一致した屈折率分布が音響光学媒質201に生成される。ある瞬間においては、音響光学媒質201中に生成される屈折率分布は超音波の波長で繰り返される正弦波状の回折格子となる。 Since the scattered ultrasonic waves 8a and 8b are longitudinal waves, when the scattered ultrasonic waves 8a and 8b propagate through the acoustooptic medium 201, the sound pressure distribution of the acoustooptic medium 201, that is, the wave front of the scattered ultrasonic waves 8a and 8b coincides. A refractive index distribution is generated in the acousto-optic medium 201. At a certain moment, the refractive index distribution generated in the acousto-optic medium 201 becomes a sinusoidal diffraction grating that is repeated at the wavelength of the ultrasonic wave.
 ウェッジ光束9が散乱超音波8a、8bの伝搬方向に対して非平行に入射すると、ウェッジ光束9は、音響光学媒質201中の屈折率分布が形成する回折格子により回折し、回折光束が発生する。図1では簡単のため、-1次回折光束9a、0次回折光束9b、+1次回折光束9cのみを図示している。一般に、回折光はBragg回折光とRaman-Nath回折光を含むが、クライン・クックのパラメータQがQ>>1を満たすBragg領域においては、Bragg回折光が主要な回折光となる。その場合、生成する回折光は-1次回折光束9a、0次回折光束9b、および+1次回折光束9cのみとなり、高次回折光が発生しないことにより光のエネルギーロスが少ない。このため、Bragg領域で動作させれば、本実施形態の音響光学撮像装置は、高い感度で物体の内部を観察できる。この時、回折光の輝度は、回折格子の屈折率の変化量、すなわち、超音波の音圧に比例する。なお、クライン・クックのパラメータQは次式で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001

ここで、Lは超音波と光波の相互作用長を表し、λは光波の波長を、fは超音波の周波数を、nは屈折率を、Vは音速を示している。ただし、本実施形態の音響光学撮像装置は、Raman-Nath回折光を主として含むような回折条件で動作させてもよい。
When the wedge light beam 9 is incident non-parallel to the propagation direction of the scattered ultrasonic waves 8a and 8b, the wedge light beam 9 is diffracted by the diffraction grating formed by the refractive index distribution in the acoustooptic medium 201, and a diffracted light beam is generated. . In FIG. 1, only the −1st order diffracted light beam 9a, the 0th order diffracted light beam 9b, and the + 1st order diffracted light beam 9c are shown for simplicity. In general, diffracted light includes Bragg diffracted light and Raman-Nath diffracted light. In the Bragg region where Klein Cook's parameter Q satisfies Q >> 1, Bragg diffracted light is the main diffracted light. In this case, the diffracted light to be generated is only the −1st order diffracted light beam 9a, the 0th order diffracted light beam 9b, and the + 1st order diffracted light beam 9c. For this reason, if it is operated in the Bragg region, the acousto-optic imaging device of the present embodiment can observe the inside of the object with high sensitivity. At this time, the brightness of the diffracted light is proportional to the amount of change in the refractive index of the diffraction grating, that is, the sound pressure of the ultrasonic waves. The Klein Cook parameter Q can be expressed by the following equation.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001

Here, L represents the interaction length between the ultrasonic wave and the light wave, λ represents the wavelength of the light wave, f represents the frequency of the ultrasonic wave, n represents the refractive index, and V represents the speed of sound. However, the acousto-optic imaging device of the present embodiment may be operated under a diffraction condition mainly including Raman-Nath diffracted light.
 散乱超音波8a、8bは、ウェッジ光束9と接触した後も音響光学媒質部2内を伝搬し続ける。しかし、音響光学媒質部2の端で反射して再度ウェッジ光束9に接触すると、像の取得を妨げる可能性がある。そのため、音響光学媒質部2の音響開口203と反対側の端部に音波吸収端204を設け、散乱超音波8a、8bが反射するのを抑制してもよい。 The scattered ultrasonic waves 8 a and 8 b continue to propagate through the acousto-optic medium unit 2 even after contacting the wedge light beam 9. However, if the light is reflected at the end of the acousto-optic medium unit 2 and again comes into contact with the wedge light beam 9, there is a possibility that the acquisition of the image is hindered. For this reason, a sound wave absorption end 204 may be provided at the end of the acoustooptic medium unit 2 opposite to the acoustic aperture 203 to suppress reflection of the scattered ultrasonic waves 8a and 8b.
 セル202および音響光学媒質201は、ウェッジ光束9を入射できるようにレーザー光源10が出力する光波の波長に対して透明な材料で構成されている。たとえば、セル202としてはガラスセルを用いることが可能である。 The cell 202 and the acoustooptic medium 201 are made of a material that is transparent with respect to the wavelength of the light wave output from the laser light source 10 so that the wedge light beam 9 can be incident thereon. For example, a glass cell can be used as the cell 202.
 なお、セル202は必ずしも全てが透明な材料で構成されている必要はなく、ウェッジ光束9が入出射する部分以外は透明でない材料で構成されていても良い。例えば、セル202を構成する音響開口203は、透明でない材料であっても良い。 Note that the cells 202 do not necessarily have to be made of a transparent material, and may be made of a material that is not transparent except for the portion where the wedge light flux 9 enters and exits. For example, the acoustic opening 203 constituting the cell 202 may be a material that is not transparent.
 音響光学媒質201としては、レーザー光源10が出力する光波の波長に対して透明な水、フッ素系液体材料、シリカナノ多孔体などを用いることができる。音響光学撮像装置100によって高解像度の画像を取得する場合、音響光学媒質201として、できる限り低音速な媒質を用いることが好ましい。特に、物体が生体である場合、物体を伝搬する超音波の吸収による減衰を抑制するため、10MHz以下の周波数の超音波を用いることが好ましい。この場合、Bragg回折が発生するために、水よりも低音速な媒質を用いることが好ましい。より具体的には、フッ素系液体材料を用いることが好ましい。たとえば、水の音速は1500m/secであるのに対して、住友スリーエム株式会社製NovecTM7200(ハイドロフルオロエーテル)の音速は630m/secである。また、NovecTM7000、NovecTM7100、NovecTM7200、NovecTM7300、フロリナートTMFC-72およびFC-3283などのフッ素系液体材料も同様に音速の遅い材料である。また、シリカナノ多孔体の音速も50~250m/secと遅く、音響光学媒質201として用いるのに好ましい材料である。 As the acousto-optic medium 201, water transparent to the wavelength of the light wave output from the laser light source 10, a fluorine-based liquid material, a silica nanoporous material, or the like can be used. When a high-resolution image is acquired by the acousto-optic imaging device 100, it is preferable to use a medium with the lowest possible sound velocity as the acousto-optic medium 201. In particular, when the object is a living body, it is preferable to use an ultrasonic wave having a frequency of 10 MHz or less in order to suppress attenuation due to absorption of the ultrasonic wave propagating through the object. In this case, since Bragg diffraction occurs, it is preferable to use a medium having a lower sound velocity than water. More specifically, it is preferable to use a fluorinated liquid material. For example, the speed of sound of water is 1500 m / sec, whereas the speed of sound of NovecTM 7200 (hydrofluoroether) manufactured by Sumitomo 3M Limited is 630 m / sec. Fluorine-based liquid materials such as Novec ™ 7000, Novec ™ 7100, Novec ™ 7200, Novec ™ 7300, Fluorinert TMFC-72 and FC-3283 are also materials having a low sound velocity. Further, the sound speed of the silica nanoporous material is as low as 50 to 250 m / sec, which is a preferable material for use as the acoustooptic medium 201.
 (回折光束9a、9c)
 物体7の情報を持つ散乱超音波とウェッジ光束9が音響光学媒質201中で作用することにより生じた-1次回折光束9aおよび+1次回折光束9cは、ウェッジ光束9の焦点を通りウェッジ光束の伝搬方向に対して垂直な面である焦点面10aにおいてy方向で結像され、焦点面10aにおいて物体7の光学像が生成される。ただし、この際生じる物体7の光学像はx方向においては結像されていない不完全な光学像である。
( Diffraction beam 9a, 9c)
The −1st order diffracted light beam 9a and the + 1st order diffracted light beam 9c generated by the action of the scattered ultrasonic wave having the information of the object 7 and the wedge light beam 9 in the acoustooptic medium 201 pass through the focus of the wedge light beam 9 and An image is formed in the y direction on the focal plane 10a, which is a plane perpendicular to the propagation direction, and an optical image of the object 7 is generated on the focal plane 10a. However, the optical image of the object 7 generated at this time is an incomplete optical image that is not formed in the x direction.
 物体7内部の情報を持つ散乱超音波8a、8bとウェッジ光束9が音響光学媒質201中で作用することにより生じた-1次回折光束9aおよび+1次回折光束9cは、ウェッジ光束9の焦点が位置し、ウェッジ光束の伝搬方向に対して垂直な焦点面10aにおいて、y方向に収束し、物体7の光学像を形成する。ただし、この際に生じる物体7の光学像はx方向においては像を形成していない。また、以下において詳細に説明するように、焦点面10aには、物体7のx-z平面における光学像がx方向において像を形成しない状態で生成する。 The -1st order diffracted light beam 9a and the + 1st order diffracted light beam 9c generated by the action of the scattered ultrasonic waves 8a and 8b having information inside the object 7 and the wedge light beam 9 in the acoustooptic medium 201 have the focus of the wedge light beam 9 At the focal plane 10a that is positioned and perpendicular to the propagation direction of the wedge light beam, it converges in the y direction and forms an optical image of the object 7. However, the optical image of the object 7 generated at this time does not form an image in the x direction. As will be described in detail below, an optical image of the object 7 in the xz plane is generated on the focal plane 10a in a state where no image is formed in the x direction.
 (結像光学系3)
 音響光学媒質部2を透過した-1次回折光束9aおよび+1次回折光束9cは結像光学系3に入射する。-1次回折光束9aおよび+1次回折光束9cが結像光学系3を透過することにより、x方向(第2の方向)においても像を形成し、結像面10b上においてx方向およびy方向のいずれの方向にも像を形成している完全な光学像が生成する。
(Imaging optical system 3)
The −1st order diffracted light beam 9 a and the + 1st order diffracted light beam 9 c transmitted through the acoustooptic medium unit 2 enter the imaging optical system 3. The −1st order diffracted light beam 9a and the + 1st order diffracted light beam 9c pass through the imaging optical system 3, thereby forming an image in the x direction (second direction), and the x direction and the y direction on the imaging surface 10b. A complete optical image forming an image in either direction is generated.
 結像光学系3は、たとえば図1に示すようにシリンドリカルレンズ3aおよびシリンドリカルレンズ3bを含む。シリンドリカルレンズ3aは、y方向に屈折力を持ちx方向に屈折力を持たないように配置される。シリンドリカルレンズ3bは、x方向に屈折力を持ち、y方向に屈折力を持たないように配置される。 The imaging optical system 3 includes, for example, a cylindrical lens 3a and a cylindrical lens 3b as shown in FIG. The cylindrical lens 3a is arranged so as to have a refractive power in the y direction and no refractive power in the x direction. The cylindrical lens 3b is arranged so as to have a refractive power in the x direction and no refractive power in the y direction.
 焦点面10aを通過した0次回折光束9bも同様に、結像光学系3のシリンドリカルレンズ3aによってy方向に収束され、結像面10b上のy方向において焦点を結ぶ。また、シリンドリカルレンズ3bによってx方向に収束され結像面10bで焦点を結ぶ。 Similarly, the 0th-order diffracted light beam 9b that has passed through the focal plane 10a is converged in the y direction by the cylindrical lens 3a of the imaging optical system 3, and is focused in the y direction on the imaging plane 10b. Further, the light is converged in the x direction by the cylindrical lens 3b and focused on the image plane 10b.
 (撮像部4)
 撮像部4は、結像面10bにおいて-1次回折光束9aまたは+1次回折光束9cによる光学像を撮影し、電気信号に変換する。これにより、物体7内部の情報を超音波で検出し、光学像として取得することができる。撮像部4の露光時間はトリガ信号の繰り返し周期よりも十分長く設定される。
(Imaging unit 4)
The imaging unit 4 takes an optical image by the −1st order diffracted light beam 9a or the + 1st order diffracted light beam 9c on the imaging surface 10b, and converts it into an electrical signal. Thereby, the information inside the object 7 can be detected by ultrasonic waves and acquired as an optical image. The exposure time of the imaging unit 4 is set sufficiently longer than the repetition period of the trigger signal.
 撮像部4に-1次回折光束9aまたは+1次回折光束9cのいずれかだけが入射するように、0次回折光束9bや受像しないもう一方の回折光束を遮光部21で遮断してもよい。 The light-shielding unit 21 may block the 0th-order diffracted light beam 9b or the other diffracted light beam that is not received so that only the −1st-order diffracted light beam 9a or the + 1st-order diffracted light beam 9c is incident on the imaging unit 4.
 撮像部4は、たとえば、CCD素子やCMOS素子等の固体撮像素子を含み、-1次回折光束9aまたは+1次回折光束9cによる回折像の光強度分布を、光学的画像として検出し、電気信号に変換する。本実施形態では、撮像部4の露光時間はトリガ信号源6の繰り返し周期よりも十分に大きい。 The imaging unit 4 includes, for example, a solid-state imaging device such as a CCD element or a CMOS element, detects the light intensity distribution of the diffracted image by the −1st order diffracted light beam 9a or the + 1st order diffracted light beam 9c as an optical image, and outputs an electrical signal. Convert to In the present embodiment, the exposure time of the imaging unit 4 is sufficiently longer than the repetition period of the trigger signal source 6.
 次に、本実施形態の音響光学撮像装置100によって得られる光学像を、具体的な実施例を参照しながら説明する。 Next, an optical image obtained by the acoustooptic imaging device 100 of the present embodiment will be described with reference to specific examples.
 以下の実施例において、物体7は生体であり、駆動部51から10MHzで波数10のバースト信号を超音波源5に入力する。音響光学媒質部2のセル202としてテンパックス硝子による直方体セルを用い、セルを構成する硝子の厚さは1.1mmである。セル202の内部には音響光学媒質201として、音速V=630m/sのNovecTM7200を充填する。また、テンパックスガラスならびにNovecTM7200は、後述する波長633nmのHe-Neレーザー光に対して透光性を有している。レーザー光源11としては、波長633nmのHe-Neレーザーを用いる。波長633nmのHe-Neレーザーを用いた場合、10MHzの超音波により生じる音響光学媒質201中の回折格子で、回折角0.28°の位置に1次のブラッグ回折光が生じる。 In the following embodiments, the object 7 is a living body, and a burst signal having a wave number of 10 at 10 MHz is input to the ultrasonic source 5 from the drive unit 51. A rectangular parallelepiped cell made of Tempax glass is used as the cell 202 of the acoustooptic medium unit 2, and the thickness of the glass constituting the cell is 1.1 mm. The inside of the cell 202 is filled with a Novec ™ 7200 having an acoustic velocity V = 630 m / s as an acousto-optic medium 201. Tempax glass and Novec ™ 7200 are translucent to He—Ne laser light having a wavelength of 633 nm, which will be described later. As the laser light source 11, a He—Ne laser having a wavelength of 633 nm is used. When a He—Ne laser having a wavelength of 633 nm is used, first-order Bragg diffracted light is generated at a diffraction angle of 0.28 ° by a diffraction grating in the acousto-optic medium 201 generated by an ultrasonic wave of 10 MHz.
 以下、図8を参照しながら、物体7内のどの深さに物体が位置するかによって像の輝度がどのように変化するかをシミュレーションする。図8では、部分71が深さdの位置に存在する物体7に対して超音波源5より超音波8を入射している。入射された超音波は、物体7内を伝搬して部分71に到達し、部分71で反射および散乱されて散乱超音波81が生成する。生成した散乱超音波81は、音響光学媒質部2に到達し、音響開口203より音響光学媒質201に入射し、音響光学媒質201中を疎密波82として伝搬する。音響光学媒質201中の疎密波82がウェッジ光束9と接触する。振幅や位相などに物体7中の部分71の情報を持つ疎密波82がウェッジ光束9と作用して回折することにより、回折角θB=0.28°の位置に+1次回折光束9cによる回折像が発生する。なお、簡単のため、入射超音波は平面波とし、部分71は音響開口203と平行でかつ十分大きく一様であり、また接触した超音波を全反射するものとし、また、音響光学媒質201中の音響減衰は考慮しない。 Hereinafter, with reference to FIG. 8, it is simulated how the brightness of the image changes depending on which depth the object 7 is positioned in. In FIG. 8, the ultrasonic wave 8 is incident from the ultrasonic wave source 5 on the object 7 where the portion 71 exists at the position of the depth d. The incident ultrasonic wave propagates through the object 7 and reaches the portion 71, and is reflected and scattered by the portion 71 to generate a scattered ultrasonic wave 81. The generated scattered ultrasound 81 reaches the acoustooptic medium unit 2, enters the acoustooptic medium 201 through the acoustic aperture 203, and propagates through the acoustooptic medium 201 as a dense wave 82. The dense wave 82 in the acousto-optic medium 201 contacts the wedge light beam 9. The dense wave 82 having the information of the portion 71 in the object 7 in amplitude and phase acts on the wedge light beam 9 to be diffracted, thereby diffracting by the + 1st order diffracted light beam 9c at the diffraction angle θ B = 0.28 °. An image is generated. For simplicity, the incident ultrasonic wave is a plane wave, the portion 71 is parallel to the acoustic aperture 203 and is sufficiently large and uniform, and totally reflects the touched ultrasonic wave. Sound attenuation is not considered.
 以上のモデルにおいては、部分71がxz平面において一様であるため一様な強度の回折像となる。部分71の位置する深さdが変化すると、物体7中の超音波の減衰により、得られる像の光強度がどのように変化するかを計算する。なお、以下では生体内の超音波減衰定数として、10MHzにおいてα=3dB/cmを想定する。 In the above model, since the portion 71 is uniform in the xz plane, a diffraction image with uniform intensity is obtained. When the depth d where the portion 71 is located changes, it is calculated how the light intensity of the obtained image changes due to attenuation of the ultrasonic wave in the object 7. In the following, α = 3 dB / cm at 10 MHz is assumed as the ultrasonic attenuation constant in the living body.
 ウェッジ光束9が疎密波82と接触して生じる-1次回折光束9aまたは+1次回折光束9cの光強度分布の計算方法について説明する。簡単のため図8に示すようにウェッジ光束9を、焦点面10a上で焦点を通る等間隔のn本の光線の集まりとして扱う。音響光学媒質201において疎密波82とウェッジ光束9が接触することにより生じる回折像は、各光線が疎密波82で回折されて生じる回折光線を足し合わせたものとなる。図8は、z座標がz0,zm,zeであるz軸に垂直な面内おいて散乱超音波8bにより回折された各光線が、それぞれ焦点面10a上のz’軸上の点z0’,zm’,ze’で像を形成する様子を示している。このz’軸はy軸と平行かつ反対向きである。焦点面10aで形成された像は、y方向において像を形成しているが、x方向においては像を形成していない不完全な像である。この像は結像光学系3によってx方向に収束させることにより、結像面10b上において、物体7の像を形成する。結像面10bでの像のy方向の光強度分布は、焦点面10a上の-1次回折光束9aまたは+1次回折光束9cの像のy方向の光強度分布によって決まるため、結像面10bの光強度分布を検討するためには焦点面10aでの像の光強度分布を検討すればよい。 A method of calculating the light intensity distribution of the −1st order diffracted light beam 9a or the + 1st order diffracted light beam 9c generated when the wedge light beam 9 comes into contact with the dense wave 82 will be described. For the sake of simplicity, as shown in FIG. 8, the wedge light beam 9 is treated as a collection of n light beams that pass through the focal point on the focal plane 10a. The diffracted image generated when the dense wave 82 and the wedge light beam 9 come into contact with each other in the acousto-optic medium 201 is a sum of diffracted light beams generated by diffracting each light beam by the dense wave 82. 8, each light beam z-coordinate is diffracted by z 0, z m, scattered perpendicular plane leave the z-axis is z e ultrasound 8b is a point on the z 'axis on the respective focal plane 10a It shows how an image is formed by z 0 ′, z m ′, and z e ′. The z ′ axis is parallel to and opposite to the y axis. The image formed on the focal plane 10a is an incomplete image that forms an image in the y direction but does not form an image in the x direction. This image is converged in the x direction by the imaging optical system 3 to form an image of the object 7 on the imaging surface 10b. The light intensity distribution in the y direction of the image on the imaging surface 10b is determined by the light intensity distribution in the y direction of the image of the −1st order diffracted light beam 9a or the + 1st order diffracted light beam 9c on the focal plane 10a. In order to examine the light intensity distribution, the light intensity distribution of the image on the focal plane 10a may be examined.
 まず、ウェッジ光束9が時間変化せずに一様な強度を持つ場合について考える。各回折光強度Ikを式(1)に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
First, consider a case where the wedge luminous flux 9 has a uniform intensity without changing over time. Each diffracted light intensity I k is shown in Formula (1).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 伝搬減衰率αの音響光学媒質201中を深さdだけ往復伝搬する疎密波82の音圧Pは式(2)のようにあらわせる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003

ここで、P0はα=0の場合の音響光学媒質201中での疎密波82の音圧を示している
The sound pressure P of the dense wave 82 that reciprocally propagates through the acousto-optic medium 201 having the propagation attenuation factor α by a depth d is expressed as shown in Equation (2).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003

Here, P 0 indicates the sound pressure of the dense wave 82 in the acoustooptic medium 201 when α = 0.
 焦点面10aでの回折像の光強度Iimageは、式(3)であらわせる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004

ここで、J1は1次のベッセル関数をあらわし、Δnは1Paの音圧により生じる屈折率の変化量を、λはウェッジ光束9の波長をあらわしている。なお、音圧P0は、超音波源5から入射する超音波8の強度により変化させることができる。ここでは、簡単のため、式(4)となる場合(P0=λ/(2πΔn))を考える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
The light intensity I image of the diffracted image on the focal plane 10a is expressed by the following equation (3).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004

Here, J 1 represents the first-order Bessel function, Δn represents the amount of change in the refractive index caused by the sound pressure of 1 Pa, and λ represents the wavelength of the wedge luminous flux 9. The sound pressure P 0 can be changed according to the intensity of the ultrasonic wave 8 incident from the ultrasonic source 5. Here, for the sake of simplicity, consider the case (P 0 = λ / (2πΔn)) given by equation (4).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 α=-34.5Np/m(―3dB/cm)、ウェッジ光束9の光線数n=100本として計算した結果を図9に示す。図9に示すように、超音波の伝搬減衰により、焦点面10aでの像の光強度に変化が生じている。深い位置にある物体の回折像ほど光強度が弱くなり、d=5cmではd=0cmの場合のおよそ0.1%程度になるまで弱くなることが確認できる。これは、撮像部4で得られる像の光強度が深さdにより大きく異なることを示している。たとえば、撮像部4として25dB程度のダイナミックレンジしか持たない撮像素子を用いた場合、深さ0cmの位置の物体と深さ5cmの位置の物体では、光強度が30dB程度異なるため同時に撮像することができないことを示唆している。なお、図9の縦軸は、d=0での回折像の光強度で規格化している。 FIG. 9 shows the calculation result when α = −34.5 Np / m (−3 dB / cm) and the number of light rays n of the wedge luminous flux 9 = 100. As shown in FIG. 9, a change occurs in the light intensity of the image on the focal plane 10a due to propagation attenuation of the ultrasonic wave. It can be confirmed that the diffracted image of the object at a deeper position has a weaker light intensity and becomes weaker at d = 5 cm until it becomes about 0.1% in the case of d = 0 cm. This indicates that the light intensity of the image obtained by the imaging unit 4 varies greatly depending on the depth d. For example, when an imaging device having only a dynamic range of about 25 dB is used as the imaging unit 4, an object at a depth of 0 cm and an object at a depth of 5 cm have different light intensities of about 30 dB, so that images can be taken simultaneously. It suggests that you can't. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 9 is normalized with the light intensity of the diffraction image in d = 0.
 超音波が超音波源5から出射し、深さdに位置する部分71で反射し、音響光学媒質部2へ入射するまでの時間t’は、生体の音速V(=1500m/sec)を用いて、式(5)で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
The time t ′ from when the ultrasonic wave is emitted from the ultrasonic source 5, reflected by the portion 71 located at the depth d, and incident on the acoustooptic medium unit 2 is the sound speed V (= 1500 m / sec) of the living body. Thus, it can be expressed by equation (5).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 疎密波が音響光学媒質部2に入射してからウェッジ光束9に接触するまでの時間をΔtとすると、超音波が時刻0で出射してから疎密波82がウェッジ光束と接触するまでの時間はt’+Δtで表せる。Δtは一定であるが、t’は深さdに応じて変化する。つまり、深さdが異なる部分からの疎密波82がウェッジ光束9と接触し始める時間は深さdにより異なり、疎密波82の継続時間が十分短い場合にはこれらを時間的に分離することが可能である。これを利用して、ウェッジ光束9の光強度に時間変化を与えることで像の光強度の変化を補正する。 Assuming that Δt is the time from when the dense wave enters the acousto-optic medium unit 2 until it comes into contact with the wedge light beam 9, the time from when the ultrasonic wave is emitted at time 0 until the dense wave 82 comes into contact with the wedge light beam is It can be expressed as t ′ + Δt. Δt is constant, but t ′ varies with the depth d. That is, the time during which the dense wave 82 from the part where the depth d is different starts to come into contact with the wedge light flux 9 differs depending on the depth d, and when the duration of the dense wave 82 is sufficiently short, these can be separated in time. Is possible. By utilizing this, the change in the light intensity of the image is corrected by giving a time change to the light intensity of the wedge light beam 9.
 ウェッジ光束9の光強度の関数として、式(6)で示される時間の指数関数で光強度が変化する場合を考える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007

ここで光強度関数Iは、0≦t≦Δtの時間において、0であっても良いし、式(6)の通りであってもよい。
Consider a case in which the light intensity changes as a function of the light intensity of the wedge luminous flux 9 by an exponential function of time represented by Expression (6).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007

Here, the light intensity function I may be 0 in the time of 0 ≦ t ≦ Δt, or may be as shown in Equation (6).
 図10は、式(6)においてΔt=0とした場合のウェッジ光束9の光強度の時間変化を示したものである。 FIG. 10 shows the change over time of the light intensity of the wedge luminous flux 9 when Δt = 0 in the equation (6).
 図11は、深さdの部分71で反射された超音波が音響光学媒質201中に入射し、疎密波82がウェッジ光束9と接触する場合における音響光学撮像装置の各部の動作のタイミングを示している。図11の(a)は、トリガ信号源6からのトリガ信号を示している。図11(b)は、ウェッジ光束9の光強度を示しており、トリガ信号が入力された時刻t0を基準として式(6)で時間変化している。ウェッジ光源1は、トリガ信号の繰り返し周期より短い時間Tw内において、式(6)に従って、光強度が変化するウェッジ光束9を出力し、その後出力を停止し、その後次のトリガ信号が入力されるまで待機する。図11(c)は超音波源5より入射される超音波の音圧を示しており、トリガ信号が入力された時刻t0より10MHzの周波数で、10波分継続する超音波を入力している。図11(d)は、入射した超音波が深さdの部分71により反射されて音響光学媒質部2を伝搬する疎密波82のウェッジ光束9と接触する位置における音圧の時間波形を示している。図11(d)に示すように、部分71が異なる深さdにある場合には、疎密波82がウェッジ光束9と接触する時間が変化する様子を示している。 FIG. 11 shows the operation timing of each part of the acoustooptic imaging device when the ultrasonic wave reflected by the portion 71 having the depth d is incident on the acoustooptic medium 201 and the dense wave 82 is in contact with the wedge light beam 9. ing. FIG. 11A shows a trigger signal from the trigger signal source 6. FIG. 11 (b) shows the light intensity of the wedge beam 9, which change with time in equation (6) based on the time t 0 when the trigger signal is input. Wedge light source 1, the repetition period shorter than the time within T w of the trigger signal according to equation (6), and outputs the wedge beam 9 where the light intensity changes, stops the subsequent output is then input the next trigger signal Wait until FIG. 11C shows the sound pressure of the ultrasonic wave incident from the ultrasonic wave source 5, and an ultrasonic wave that continues for 10 waves is input at a frequency of 10 MHz from the time t 0 when the trigger signal is input. Yes. FIG. 11D shows a time waveform of sound pressure at a position where the incident ultrasonic wave is reflected by the portion 71 having the depth d and is in contact with the wedge light beam 9 of the dense wave 82 propagating through the acoustooptic medium portion 2. Yes. As shown in FIG. 11 (d), when the portion 71 is at a different depth d, the time during which the dense wave 82 contacts the wedge light beam 9 is changed.
 深さdに位置する部分71からの散乱超音波による疎密波82がウェッジ光束9と接触する時間は、およそ式(5)によって決まるので、これを式(6)に代入すると式(7)のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
The time for which the dense wave 82 due to the scattered ultrasonic waves from the portion 71 located at the depth d is in contact with the wedge light beam 9 is approximately determined by the equation (5). Therefore, when this is substituted into the equation (6), the equation (7) It becomes like this.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 式(7)を用いた計算結果を図12に示す。図12より、部分71の深さdに対する回折像の光強度の変化量が図9に比較して小さくなり、2cm以上の深さにおいてはほぼ一定の光強度が得られていることが確認できる。なお、2cm以下の深さの部分71に対する回折像の光強度についても、入射する超音波の音圧が小さい場合にはほぼ一定となる。 FIG. 12 shows the calculation result using Equation (7). From FIG. 12, the amount of change in the light intensity of the diffraction image with respect to the depth d of the portion 71 is smaller than in FIG. 9, and it can be confirmed that a substantially constant light intensity is obtained at a depth of 2 cm or more. . Note that the light intensity of the diffracted image with respect to the portion 71 having a depth of 2 cm or less is substantially constant when the sound pressure of the incident ultrasonic wave is small.
 式(6)は、ウェッジ光束9の光強度の時間変化関数の一例であり、光強度が時間に対して単純増加する関数であれば同様の効果を得ることができる。例えば、式(8)のような光強度関数を与えた場合を考える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Expression (6) is an example of a time change function of the light intensity of the wedge luminous flux 9, and the same effect can be obtained as long as the light intensity is simply increased with respect to time. For example, consider a case where a light intensity function as shown in Equation (8) is given.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 この場合の計算結果を、図13に示す。回折像の光強度の部分71の深さdに対する回折像の光強度の変化量は図12と比較すると大きいものの、光強度の最小値は最大値の18%程度と図9よりは小さくなっており、式(8)に示す光強度関数でも効果があることが確認できる。 The calculation result in this case is shown in FIG. Although the amount of change in the light intensity of the diffraction image with respect to the depth d of the portion 71 of the light intensity of the diffraction image is larger than that in FIG. 12, the minimum value of the light intensity is about 18% of the maximum value, which is smaller than that in FIG. Thus, it can be confirmed that the light intensity function shown in the equation (8) is also effective.
 なお、音響光学媒質部2に入射してからウェッジ光束9に接触するまでの時間Δtとしては、近似的に0としても良いし、音響開口203からウェッジ光束9の照射領域までの距離を音響光学媒質201の音速で割った値を用いても良いし、実測により求めたΔtなどを用いてもよい。実測方法の一例としては、音響開口203に密着させた音源から超音波を入力し、ウェッジ光束9の照射領域に設置したハイドロホンで疎密波を検出し、超音波の入力時刻と疎密波の検出時刻の差からΔtを求める方法が考えられる。 The time Δt from entering the acoustooptic medium unit 2 until contacting the wedge light beam 9 may be approximately zero, or the distance from the acoustic aperture 203 to the irradiation region of the wedge light beam 9 may be acoustooptic. A value divided by the sound speed of the medium 201 may be used, or Δt obtained by actual measurement may be used. As an example of the actual measurement method, an ultrasonic wave is input from a sound source that is in close contact with the acoustic aperture 203, a dense wave is detected by a hydrophone installed in an irradiation area of the wedge luminous flux 9, and the ultrasonic input time and the dense wave are detected. A method of obtaining Δt from the time difference is conceivable.
 以上の計算より、ウェッジ光束9の光強度に任意の時間変化を与えることにより、物体7内の部分71の深さdによらず、同様の光強度の回折像が得られることが確認できた。 From the above calculation, it was confirmed that by giving an arbitrary time change to the light intensity of the wedge luminous flux 9, a diffraction image having the same light intensity can be obtained regardless of the depth d of the portion 71 in the object 7. .
 図14は、本実施形態の音響光学撮像装置によって撮影された画像の一例を模式的に示している。撮像部4の露光時間はトリガ信号の繰り返し周期よりも十分長いため、露光時間内の異なる時間に生じた回折像も重ねて露光される。そのため、図14(a)に示すように異なる深さdに複数の部分が位置していた場合、図14(b)に示すように、これらを超音波の音響開口203の面に投影したような像が得られる。この際、深さdによらず各部分(A、B、C)は同じ輝度の像が得られる。 FIG. 14 schematically shows an example of an image photographed by the acousto-optic imaging device of the present embodiment. Since the exposure time of the imaging unit 4 is sufficiently longer than the repetition period of the trigger signal, diffraction images generated at different times within the exposure time are also exposed. Therefore, when a plurality of portions are located at different depths d as shown in FIG. 14A, they are projected onto the surface of the acoustic opening 203 of the ultrasonic wave as shown in FIG. 14B. A good image can be obtained. At this time, an image having the same luminance is obtained for each portion (A, B, C) regardless of the depth d.
 このように、本実施形態の音響光学撮像装置によれば、物体において超音波の伝搬減衰が生じる場合でも、深さ方向の位置による物体内部の部分の輝度むらが抑制された画像を得ることができる。また、超音波を用いて、物体の内部の情報を2次元または3次元の光学像として撮影するため、演算処理の能力の高い信号処理回路を用いることなく、物体の内部を撮影することができる。 As described above, according to the acoustooptic imaging device of the present embodiment, even when ultrasonic wave propagation attenuation occurs in an object, it is possible to obtain an image in which uneven luminance in a portion inside the object due to a position in the depth direction is suppressed. it can. In addition, since information inside the object is photographed as a two-dimensional or three-dimensional optical image using ultrasonic waves, the inside of the object can be photographed without using a signal processing circuit with high calculation processing capability. .
<実施形態2>
 以下、本発明の音響光学撮像装置の第2の実施形態を説明する。図15は、本発明の音響光学撮像装置101の構成を示す概略図である。
<Embodiment 2>
Hereinafter, a second embodiment of the acousto-optic imaging device of the present invention will be described. FIG. 15 is a schematic diagram showing the configuration of the acousto-optic imaging device 101 of the present invention.
 (音響光学撮像装置101の構成)
 音響光学撮像装置101は、撮像部4’が、トリガ信号源6からのトリガ信号を受け取るたびに、トリガ信号を受け取ったタイミングで露光を開始する点で第1の実施形態と異なる。
(Configuration of acousto-optic imaging device 101)
The acousto-optic imaging device 101 is different from the first embodiment in that exposure is started at the timing of receiving the trigger signal every time the imaging unit 4 ′ receives the trigger signal from the trigger signal source 6.
 図16は音響光学撮像装置101の主要な構成要素およびその信号のフローを概略的に示す。図16を用いて、音響光学撮像装置101の動作を説明する。 FIG. 16 schematically shows the main components of the acoustooptic imaging device 101 and the signal flow thereof. The operation of the acousto-optic imaging device 101 will be described with reference to FIG.
 まず、トリガ信号源6で生成したトリガ信号が、駆動部51、ウェッジ光源1および撮像部4’に入力される。駆動部51は、トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングで駆動信号を生成する。超音波源5は、駆動部51より駆動信号を受け取り、駆動信号に応じた超音波を生成する。生成した超音波は、物体7に入射し、物体7で生成した散乱超音波が音響光学媒質部2の内部に入射する。 First, the trigger signal generated by the trigger signal source 6 is input to the drive unit 51, the wedge light source 1, and the imaging unit 4 '. The drive unit 51 receives the trigger signal and generates a drive signal at the received timing. The ultrasonic source 5 receives a driving signal from the driving unit 51 and generates an ultrasonic wave corresponding to the driving signal. The generated ultrasonic wave enters the object 7, and the scattered ultrasonic wave generated by the object 7 enters the acoustooptic medium unit 2.
 ウェッジ光源1は、トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングで、所定の時間Twだけウェッジ光束9を出射する。ウェッジ光束9の光強度は、トリガ信号の入力時刻を基準とする所定の時間Twにおいて、所定の光強度関数に従って変化する。その後ウェッジ光源1は、ウェッジ光束9の出力を終了し、次のトリガ信号が入力されるまで待機する。音響光学媒質部2に散乱超音波およびウェッジ光束9が入射され、お互いに接触することにより、物体7に対応した回折像が生成される。 The wedge light source 1 receives the trigger signal and emits the wedge luminous flux 9 for a predetermined time T w at the received timing. The light intensity of the wedge luminous flux 9 changes according to a predetermined light intensity function at a predetermined time T w based on the input time of the trigger signal. Thereafter, the wedge light source 1 ends the output of the wedge luminous flux 9 and waits until the next trigger signal is input. A scattered ultrasonic wave and a wedge light beam 9 are incident on the acoustooptic medium unit 2 and come into contact with each other, whereby a diffraction image corresponding to the object 7 is generated.
 撮像部4’は、トリガ信号を受け取ったタイミングで露光を開始し任意の時間露光を継続した後に露光を終了する。露光継続中に生成した回折像が撮像部4’に入射され、物体7に対応した回折像が取得される。このようにして、音響光学撮像装置101は超音波8を介して物体7の像を取得する。 The imaging unit 4 ′ starts exposure at the timing when the trigger signal is received, and ends the exposure after continuing the exposure for an arbitrary time. A diffraction image generated during exposure continuation is incident on the imaging unit 4 ′, and a diffraction image corresponding to the object 7 is acquired. In this manner, the acoustooptic imaging device 101 acquires an image of the object 7 via the ultrasonic wave 8.
 上述したように、本実施形態の音響光学撮像装置101は、撮像部4’がトリガ信号に基づき動作する点で第1の実施形態と異なる。以下、音響光学撮像装置101の動作を詳細に説明する。 As described above, the acousto-optic imaging device 101 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the imaging unit 4 ′ operates based on the trigger signal. Hereinafter, the operation of the acousto-optic imaging device 101 will be described in detail.
 本実施形態による音響光学撮像装置101では、撮像部4’はトリガ信号源6からトリガ信号を受け取り、トリガ信号を受け取ったタイミングで露光を開始し、一定時間露光を行う。露光継続時間Teは、予め決められた値を用いても良いし、オペレータが操作をしながら物体の撮像に適した値を入力しても良い。露光継続時間Teを予め決められた値とする場合には、例えば撮像部4’は記憶部を有していて、その記憶部に露光継続時間Teを記憶させておき、露光開始時に参照してもよい。オペレータが操作しながら値を入力する場合は、例えば、撮像部4’は露光継続時間Teを入力できるキーボードやポテンショメータなどの入力インターフェイスを有していて、オペレータが撮像時に適当な値を入力し、露光開始時にその値を参照すれば良い。 In the acousto-optic imaging device 101 according to the present embodiment, the imaging unit 4 ′ receives the trigger signal from the trigger signal source 6, starts exposure at the timing when the trigger signal is received, and performs exposure for a certain period of time. As the exposure duration Te , a predetermined value may be used, or a value suitable for imaging an object may be input while the operator operates. When a predetermined value of the exposure duration T e, for example imaging unit 4 'have a storage unit, it may be stored with exposure duration T e in the storage unit, referenced at start of exposure May be. If the operator enters a value while operating, for example, the imaging unit 4 'have an input interface such as a keyboard and a potentiometer can enter the exposure duration T e, the operator inputs the appropriate values during imaging The value may be referred to at the start of exposure.
 ウェッジ光束9の照射時間Twおよび露光継続時間Teはトリガ信号の繰り返し周期Ttよりも小さい。本実施形態の音響光学撮像装置101では、トリガ信号が入力されて超音波が送信されるごとに露光して回折像を取得するため、トリガ信号の繰り返し周期Tを小さくすることなく、露光継続時間Teあたりの露光量を大きくすることができる。そのため、繰り返し周期Tは、露光継続時間Teより大きければ良く、例えば露光継続時間Teを十分に長く設定し、1回だけ行い静止画を取得することも可能である。 Irradiation time T w and exposure duration T e of the wedge beam 9 is smaller than the repetition period Tt of the trigger signal. In the acousto-optic imaging device 101 of the present embodiment, exposure is performed every time a trigger signal is input and an ultrasonic wave is transmitted to obtain a diffraction image. Therefore, exposure is continued without reducing the repetition period T t of the trigger signal. it is possible to increase the exposure amount per time T e. Therefore, the repetition period T t may be larger than the exposure duration T e, for example, the exposure duration T e is set sufficiently long, it is possible to obtain the perform still image only once.
 図17は、音響光学撮像装置101の各部の動作タイミングを示している。図17(a)~(d)は、図11と同様の動作をトリガ信号が2回入力された状態まで示している。図17(e)は、撮像部4’が露光を行っているか否かの状態を示している。ここでは、露光継続時間Teはウェッジ光束9の照射時間Twよりも短い。図17では、撮像部4’はトリガ信号を受けた時刻t0より露光を開始し、d=3cmの深さから生じた散乱超音波による疎密波82がウェッジ光束9と接触する時間を過ぎるまで露光を継続するように撮像部4’の露光継続時間Teが設定されている。d=4cm以上の深さから生じた散乱超音波による疎密波82が到達する時間には露光を終了しているため、d=4cm以上の深さの部分71の回折像は撮像されない。したがって、本実施形態による音響光学撮像装置101は、露光継続時間Teを調整することによって、撮像する領域の深さ方向の奥行き(範囲)を調整することが可能となる。 FIG. 17 shows the operation timing of each part of the acousto-optic imaging device 101. FIGS. 17A to 17D show the same operation as in FIG. 11 up to the state where the trigger signal is input twice. FIG. 17E shows a state of whether or not the imaging unit 4 ′ is performing exposure. Here, exposure duration T e is shorter than the irradiation time T w of the wedge beam 9. In FIG. 17, the imaging unit 4 ′ starts exposure from the time t <b> 0 when the trigger signal is received, and exposes until the time when the dense wave 82 due to the scattered ultrasonic wave generated from the depth of d = 3 cm is in contact with the wedge light beam 9. exposure duration T e of the imaging unit 4 'is set to continue. Since the exposure is completed at the time when the dense wave 82 due to scattered ultrasonic waves generated from the depth of d = 4 cm or more arrives, the diffraction image of the portion 71 having the depth of d = 4 cm or more is not captured. Thus, the acousto-optic imaging apparatus 101 according to this embodiment, by adjusting the exposure duration T e, it is possible to adjust the depth direction of the depth of the region imaged (range).
 図18は、露光継続時間Teがウェッジ光束9の照射時間Twよりも長い場合における音響光学撮像装置101の各部から出力される信号のタイミングを示している。ウェッジ光束9の照射時間Twは、ウェッジ光源1がトリガ信号を受けた時刻t0より露光を開始し、d=4cmの深さから生じた散乱超音波による疎密波82がウェッジ光束9と接触する時間を過ぎるまで露光を継続するように撮像部4’の露光継続時間Teが設定されている。d=5cm以上の深さから生じた散乱超音波による疎密波82がウェッジ光束9と接触する時刻において、撮像部4’は露光を継続しているが、ウェッジ光束9の光強度が0であるため回折像が生成せず、d=5cm以上の深さの部分71は撮影されない。この場合、ウェッジ光束9の照射時間Twの長さによって、撮像する領域の深さ方向の奥行きが決まる。 18, the exposure duration T e indicates the timing of the signals output from each part of the acousto-optic imaging apparatus 101 when longer than the irradiation time T w of the wedge beam 9. Irradiation time T w of the wedge beam 9, wedge light source 1 starts exposure time t0 that has received the trigger signal, the compression wave 82 due to scattering ultrasound resulting from the depth of d = 4 cm is in contact with the wedge beam 9 exposure duration T e of the imaging unit 4 'is set to continue the exposure until after the time. At the time when the dense wave 82 by the scattered ultrasonic wave generated from the depth of d = 5 cm or more comes into contact with the wedge light beam 9, the imaging unit 4 ′ continues exposure, but the light intensity of the wedge light beam 9 is zero. Therefore, a diffraction image is not generated, and the portion 71 having a depth of d = 5 cm or more is not photographed. In this case, the depth in the depth direction of the area to be imaged is determined by the length of the irradiation time T w of the wedge light beam 9.
 なお、図17、18では説明のために1cmから5cmまでの1cmおきの深さに位置する部分71による疎密波82がウェッジ光束9と接する時間波形のみを示しているが、例えば、1.5cmの深さに位置する部分71による疎密波82は、d=1cmと2cmのちょうど間の時間にウェッジ光束9と接触する。つまり、深さと疎密波82がウェッジ光束9と接触する時間とは線形に変化する。そのため、図17では、およそ3.5cmの深さまでの部分71が観察でき、また、図18では、およそ4.5cmの深さまでの部分71が観察されると言える。 17 and 18, for the sake of explanation, only the time waveform in which the dense wave 82 by the portion 71 located at every 1 cm depth from 1 cm to 5 cm is in contact with the wedge light flux 9 is shown. The dense wave 82 due to the portion 71 located at a depth of 1 mm is in contact with the wedge beam 9 at a time just between d = 1 cm and 2 cm. That is, the depth and the time during which the density wave 82 is in contact with the wedge light flux 9 change linearly. Therefore, in FIG. 17, the part 71 up to a depth of about 3.5 cm can be observed, and in FIG. 18, it can be said that the part 71 up to a depth of about 4.5 cm is observed.
 本実施形態の音響光学撮像装置101によれば、トリガ信号源6からのトリガ信号をウェッジ光源1と駆動部51のみでなく撮像部4’にも入力することで、物体7に超音波が入力する毎に1枚の画像を取得することが可能となる。この際、撮像部4’の露光継続時間Teあるいはウェッジ光束9の照射時間Twのうちの短い方の値を調整することにより、撮像する領域の深さ方向の奥行きを調整することが可能となる。また、第1の実施形態と同様、1枚の画像中に撮影されている物体に内部の部分は深さによらず同程度の輝度で撮影される。 According to the acoustooptic imaging device 101 of the present embodiment, an ultrasonic wave is input to the object 7 by inputting the trigger signal from the trigger signal source 6 not only to the wedge light source 1 and the drive unit 51 but also to the imaging unit 4 ′. Each time it is possible to acquire one image. At this time, by adjusting the shorter value of ones of irradiation time T w of the exposure duration T e or wedge beam 9 of the imaging unit 4 ', can be adjusted depth in the depth direction of the region imaged It becomes. Further, as in the first embodiment, an internal portion of an object photographed in one image is photographed with the same brightness regardless of the depth.
<実施形態3>
 以下、本発明の音響光学撮像装置102の第3の実施形態を説明する。図19は、本発明の第3の実施形態による音響光学撮像装置102の概略構成図である。
<Embodiment 3>
Hereinafter, a third embodiment of the acousto-optic imaging device 102 of the present invention will be described. FIG. 19 is a schematic configuration diagram of an acousto-optic imaging device 102 according to the third embodiment of the present invention.
 (音響光学撮像装置102の構成)
 音響光学撮像装置102は、撮像部4’’が、トリガ信号を受け取った後、任意の時間遅れて露光を開始し、任意の時間露光を継続した後、露光を停止する点で、第2の実施形態と異なる。
(Configuration of acousto-optic imaging device 102)
The acousto-optic imaging device 102 is the second point that the imaging unit 4 ″ starts exposure after an arbitrary time delay after receiving the trigger signal, stops the exposure after continuing the exposure for an arbitrary time. Different from the embodiment.
 図20は音響光学撮像装置102の主要な構成要素およびその信号のフローを概略的に示す。図20を用いて、撮像部4’’の構成および音響光学撮像装置の動作を概略的に説明する。 FIG. 20 schematically shows the main components of the acousto-optic imaging device 102 and the signal flow thereof. The configuration of the imaging unit 4 '' and the operation of the acousto-optic imaging device will be schematically described with reference to FIG.
 まず、トリガ信号源6で生成したトリガ信号が、駆動部51、ウェッジ光源1および撮像部4’’に入力される。駆動部51は、トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングで駆動信号を生成する。超音波源5は、駆動部51より駆動信号を受け取り、駆動信号に応じた超音波生成する。生成した超音波は、物体7に入射し、物体7で生成した散乱超音波が音響光学媒質部2の内部に入射する。 First, the trigger signal generated by the trigger signal source 6 is input to the drive unit 51, the wedge light source 1, and the imaging unit 4 ''. The drive unit 51 receives the trigger signal and generates a drive signal at the received timing. The ultrasonic source 5 receives a driving signal from the driving unit 51 and generates an ultrasonic wave corresponding to the driving signal. The generated ultrasonic wave enters the object 7, and the scattered ultrasonic wave generated by the object 7 enters the acoustooptic medium unit 2.
 ウェッジ光源1は、トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングで、所定の時間Twだけウェッジ光束9を出射する。ウェッジ光束9の光強度は、トリガ信号の入力時刻を基準とする所定の時間Twにおいて、所定の光強度関数に従って変化する。その後ウェッジ光源1は、ウェッジ光束9の出力を終了し、次のトリガ信号が入力されるまで待機する。 The wedge light source 1 receives the trigger signal and emits the wedge luminous flux 9 for a predetermined time T w at the received timing. The light intensity of the wedge luminous flux 9 changes according to a predetermined light intensity function at a predetermined time T w based on the input time of the trigger signal. Thereafter, the wedge light source 1 ends the output of the wedge luminous flux 9 and waits until the next trigger signal is input.
 音響光学媒質部2に散乱超音波およびウェッジ光束9が入射され、お互いに接触することにより、物体7に対応した回折像が生成される。 The scattered ultrasonic waves and the wedge light beam 9 are incident on the acoustooptic medium unit 2 and come into contact with each other, whereby a diffraction image corresponding to the object 7 is generated.
 撮像部4’’は、撮像素子4aおよび露光信号生成部4bを含む。露光信号生成部4bは、トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングから所定の時間経過後、露光信号を生成する。露光信号生成部4bは、露光信号を出力する時刻をトリガ信号の入力時刻に対して任意の時間だけ遅延させる機能を持つ。また、露光信号は、撮像素子4aに露光時間を指示する機能を持つ。たとえば、露光信号が継続する時間が露光時間であってもよいし、露光信号は、露光開示時間を示す信号および露光終了時間を示す信号を含んでいてもよい。撮像素子4aは、露光信号生成部4bからの露光信号を受けとり、一定時間露光を継続した後に露光を終了する。露光継続中に生成した回折像が撮像部4’’に入射されると、物体7に対応した回折像が取得される。このようにして、音響光学撮像装置102は超音波8を介して物体7の像を取得する。 The imaging unit 4 '' includes an imaging element 4a and an exposure signal generation unit 4b. The exposure signal generator 4b receives the trigger signal, and generates an exposure signal after a predetermined time has elapsed from the received timing. The exposure signal generation unit 4b has a function of delaying the time for outputting the exposure signal by an arbitrary time with respect to the input time of the trigger signal. The exposure signal has a function of instructing the exposure time to the image sensor 4a. For example, the time during which the exposure signal continues may be the exposure time, and the exposure signal may include a signal indicating the exposure disclosure time and a signal indicating the exposure end time. The image sensor 4a receives the exposure signal from the exposure signal generation unit 4b, and ends the exposure after continuing the exposure for a predetermined time. When a diffraction image generated while exposure is continued enters the imaging unit 4 ″, a diffraction image corresponding to the object 7 is acquired. In this way, the acoustooptic imaging device 102 acquires an image of the object 7 via the ultrasonic wave 8.
 本実施形態の音響光学撮像装置102は、撮像部4’’がトリガ信号から所定の時間遅れ動作する点で第2の実施形態と異なる。以下、音響光学撮像装置102を詳細に説明する。 The acousto-optic imaging device 102 of the present embodiment is different from the second embodiment in that the imaging unit 4 '' operates with a predetermined time delay from the trigger signal. Hereinafter, the acousto-optic imaging device 102 will be described in detail.
 上述したように、本実施形態の音響光学撮像装置102において、撮像部4’’は、撮像素子4aおよび露光信号生成部4bを含む。露光信号生成部4bは、トリガ信号源6よりトリガ信号が入力された時刻から任意の遅延時間ΔTtだけ遅延を与えて露光信号を生成する。露光信号は撮像素子4aが露光を継続する時間Teの情報を含む。遅延時間Δteや露光継続時間Teは、予め決められた値を用いても良いし、オペレータが操作をしながら物体の撮像に適した値を入力しても良い。露光継続時間Teを予め決められた値とする場合には、例えば露光信号生成部4bは記憶部を有していて、その記憶部に遅延時間Δteおよび露光継続時間Teを記憶させておき、露光信号生成時に参照するなどすれば良い。オペレータが操作しながら値を入力する場合は、例えば、露光信号生成部4bは遅延時間Δteおよび露光継続時間Teを入力できるキーボードやポテンショメータなどの入力インターフェイスを有していて、オペレータが撮像時に適当な値を入力し、露光開始時にその値を参照すれば良い。 As described above, in the acousto-optic imaging device 102 of the present embodiment, the imaging unit 4 '' includes the imaging element 4a and the exposure signal generation unit 4b. The exposure signal generation unit 4b generates an exposure signal with a delay of an arbitrary delay time ΔTt from the time when the trigger signal is input from the trigger signal source 6. Exposure signal includes information time T e of the imaging element 4a continues to exposure. Delay Delta] t e and the exposure duration T e may be using a pre-determined value may be input to the operator appropriate to the object imaging while the operation value. When a predetermined value of the exposure duration T e, for example exposure signal generating section 4b have a storage unit, and stores the delay time in the storage unit Delta] t e and the exposure duration T e It may be referred to when generating an exposure signal. If the operator enters a value while operating, for example, the exposure signal generating section 4b have an input interface such as a keyboard and a potentiometer can enter the delay time Delta] t e and the exposure duration T e, when the operator imaging An appropriate value may be input and the value referred to at the start of exposure.
 撮像素子4aは、撮像部4’’にトリガ信号が入力されてから遅延時間Δteだけ遅れて露光信号を受けとり、露光を開始する。また、時間Teだけ露光を行った後、露光を終了する。露光継続時間Teはトリガ信号の繰り返し周期Ttよりも小さい。また、音響光学撮像装置102では、露光継続時間Teと遅延時間Δteの合計が、ウェッジ光束9の照射時間Twよりも小さいことが好ましい。 Imaging device 4a is delayed by the delay time Delta] t e after the trigger signal is input to the imaging unit 4 '' and receives the exposure signal, the exposure is started. In addition, after the exposure by the time T e, to end the exposure. Exposure duration T e is less than the repetition period Tt of the trigger signal. Further, in the acoustic-optical imaging device 102, the total exposure duration T e and the delay time Delta] t e is preferably smaller than the irradiation time T w of the wedge beam 9.
 図21は、図11と同様、音響光学撮像装置102の各部の動作のタイミングを示している。図21(a)~(d)は、図11と同様の動作をトリガ信号が2回入力された状態まで示している。図21(e)は、撮像部4’’が露光を行っているか否かの状態を示している。図21では、撮像部4’’はトリガ信号を受けた時刻t0より遅延時間Δteだけ遅れて露光を開始し、時間Teの間だけ露光を継続している。図21では、露光の開始時間は、d=2cmの深さから生じた散乱超音波による疎密波82がウェッジ光束9と接触する時間よりも早く、露光の終了時間はd=3cmの深さから生じた散乱超音波による疎密波82がウェッジ光束9と接触する時間よりも遅く設定されている。d=1cm以下あるいはd=4cm以上の部分による疎密波82が到達する時間には露光を行っていないため、d=1cm以下あるいはd=4cm以上の深さの部分71の回折像は撮像されない。このように、音響光学撮像装置102では、遅延時間Δteは、撮像可能な領域の深さ方向の範囲のうち、最も浅い側の一端を決定し、露光継続時間Teを調整することによって、撮像可能な領域の深さ方向の範囲を調整することが可能となる。 FIG. 21 shows the operation timing of each part of the acousto-optic imaging device 102 as in FIG. FIGS. 21A to 21D show the same operation as in FIG. 11 up to the state where the trigger signal is input twice. FIG. 21E shows a state of whether or not the imaging unit 4 '' is performing exposure. In Figure 21, the imaging unit 4 '' begins the exposure is delayed by a delay time Delta] t e time t0 that has received the trigger signal, continues the exposure only during the time T e. In FIG. 21, the exposure start time is earlier than the time when the dense wave 82 due to scattered ultrasonic waves generated from the depth of d = 2 cm contacts the wedge light beam 9, and the exposure end time is from the depth of d = 3 cm. It is set later than the time during which the dense wave 82 generated by the scattered ultrasonic waves contacts the wedge light beam 9. Since exposure is not performed during the time when the dense wave 82 arrives at a portion where d = 1 cm or less or d = 4 cm or more, a diffraction image of the portion 71 having a depth of d = 1 cm or less or d = 4 cm or more is not captured. Thus, in the acoustic-optical imaging device 102, the delay time Delta] t e, of the depth direction of the range of an imageable region, by determining the end of the shallowest side, to adjust the exposure duration T e, It is possible to adjust the range in the depth direction of the imageable region.
 図21では説明のために1cmから5cmまでの1cmおきの深さに位置する部分71による疎密波82がウェッジ光束9と接触する時間波形のみを示しているが、例えば、1.5cmの深さに位置する部分71による疎密波82は、d=1cmと2cmのちょうど間の時間にウェッジ光束9と接触する。つまり、深さと疎密波82がウェッジ光束9と接触する時間とは線形に変化する。そのため、図21では、およそ1.5cmから3.5cmまでの深さの部分71が観察できると言える。 For the sake of explanation, FIG. 21 shows only a time waveform in which the dense wave 82 due to the portion 71 located at every 1 cm depth from 1 cm to 5 cm contacts the wedge light flux 9, for example, a depth of 1.5 cm The dense wave 82 due to the portion 71 located at is in contact with the wedge beam 9 at a time just between d = 1 cm and 2 cm. That is, the depth and the time during which the density wave 82 is in contact with the wedge light flux 9 change linearly. Therefore, in FIG. 21, it can be said that the portion 71 having a depth of about 1.5 cm to 3.5 cm can be observed.
 なお、露光継続時間Teを短くして深さ方向の観察領域を狭くすることで、該当する深さのみを切り出した像を取得することが可能となる。例えば、図22(a)に示すように、物体の深さ方向の異なる場所に複数の部分が位置する場合、Bで示される部分による疎密波82がウェッジ光束9と接触する時刻をトリガ信号の開示時刻からの遅延時間Δteとし、露光継続時間Teを十分に短く設定することによって、図22(b)に示すように、Bで示す部分のみを含む物体内部の画像を取得することができる。この場合、露光継続時間Teを小さくすればするほど深さ方向の分解能は高くなる。しかし、物体7に入射した超音波8の長さよりも分解能を高めることはできない。そのため、露光継続時間Teの下限は、超音波8(駆動信号)の継続時間程度であり、この場合に最も深さ方向の分解能を高めることができる。 The exposure duration T e of the short to be to narrow the depth direction of the observation area, it is possible to obtain an image obtained by cutting out only the depth applicable. For example, as shown in FIG. 22A, when a plurality of portions are located at different locations in the depth direction of the object, the time at which the dense wave 82 by the portion indicated by B contacts the wedge light flux 9 is set as the trigger signal. a delay time Delta] t e from start time, by setting a sufficiently short exposure duration T e, as shown in FIG. 22 (b), to acquire an image of an internal body containing only a portion indicated by B it can. In this case, the resolution in the depth direction increases as the exposure duration time Te decreases. However, the resolution cannot be increased more than the length of the ultrasonic wave 8 incident on the object 7. Therefore, the lower limit of the exposure duration T e is approximately the duration of ultrasonic 8 (drive signals), it is possible to increase the resolution of the most depth in this case.
 また、遅延時間Δteを異ならせて物体の内部を撮影してもよい。たとえば、露光継続時間Teを十分に短く設定し、図23(e)に示すように、N個目のトリガ信号が生成する(N個目のトリガ信号を受けた)時刻tNに基づき遅延時間ΔteNおよび露光継続時間Teで撮像部4’’による露光を行う。次に、N+1個目のトリガ信号に基づき、遅延時間ΔteN+1および露光継続時間Teで撮像部4’’による露光を行う。この場合において、遅延時間ΔteN+1を遅延時間ΔteNと異ならせれば、N+1個目のトリガ信号に基づき取得する画像は、N個目のトリガ信号に基づき取得する画像と物体7の異なる深さの位置で取得することができる。たとえば、遅延時間ΔteN+1と遅延時間ΔteNとが露光継続時間Teだけ異なるように設定すれば、物体内部を、隣接する異なる深さ位置で画像を取得することができる。これにより、1フレームごとに異なる深さの像を得ることができる。遅延時間Δteは1フレームごとに異なっていてもよいし、同じ遅延時間Δteで任意のフレーム数分撮像した後に遅延時間Δteを変化させてもよい。このような方法によって、深さ方向に対して垂直に物体をスキャンした複数の断層画像を取得することができる。例えば、図24(a)に示すように、トリガ信号の入力ごとに遅延時間Δteを大きくして、より深い位置で撮影するように設定すると、図24(b)に示すように、1フレームごとに異なる深さの断層画像が得られる。このように、トリガ信号の入力回数に応じて遅延時間Δteを設定するためには、例えば、撮像部4’’の露光信号生成部4bに記憶部を設けて、その記憶部に上述したように設定を行うプログラムを組み込み、撮像部4’’の動作時に記憶部のプログラムを参照して動作させれば良い。 It is also possible to shoot the interior of the object at different delay time Delta] t e. For example, the exposure duration T e is set sufficiently short, as shown in FIG. 23 (e), (received a N-th trigger signal) N th trigger signal is generated based on the time t N delay performing exposure by the imaging unit 4 '' in time Delta] t eN and exposure duration T e. Then, based on the (N + 1) th trigger signal to perform exposure by the imaging unit 4 '' in the delay time Delta] t eN + 1 and the exposure duration T e. In this case, if the delay time Δt e + 1 is different from the delay time Δt eN , the image acquired based on the (N + 1) th trigger signal is different from the image acquired based on the Nth trigger signal and the object 7. It can be obtained at the position. For example, by setting such a delay time Delta] t eN + 1 and the delay time Delta] t eN differ by exposure duration T e, the object inside, it is possible to acquire images at different adjacent depth positions. Thereby, images having different depths can be obtained for each frame. May be the delay time Delta] t e different for each frame, may be varied delay time Delta] t e after a few minutes imaging arbitrary frame at the same delay time Delta] t e. By such a method, a plurality of tomographic images obtained by scanning an object perpendicular to the depth direction can be acquired. For example, as shown in FIG. 24 (a), by increasing the delay time Delta] t e for each input of the trigger signal, when set to shoot at a deeper position, as shown in FIG. 24 (b), 1 frame Different tomographic images with different depths are obtained. Thus, in order to set the delay time Delta] t e in accordance with the number of inputs of the trigger signal, for example, a storage unit provided in the exposure signal generating unit 4b of the imaging unit 4 '', as described above in the storage unit It is sufficient to incorporate a program for setting the image data and to operate the imaging unit 4 ″ with reference to the program in the storage unit.
 また、撮像部4’’の記憶部に、予め遅延時間Δteの情報と、撮像される領域の深さdを対応付けた表を持たせれば、撮像時の遅延時間Δteの値と前述の表を参照することで、取得した像の深さの位置情報を得ることも可能である。 Also, the storage unit of the imaging unit 4 '', the information of the pre-delay time Delta] t e, if ask have a table that associates the depth d of the area to be imaged, a delay value of the time Delta] t e at the time of imaging the aforementioned By referring to the table, it is also possible to obtain positional information of the acquired image depth.
 なお、露光継続時間Teが十分短い場合、ウェッジ光束9の光強度は必ずしもトリガ信号の生成する時刻tNを基準に、光強度関数I(t)に応じて時間的に変化していなくてもよい。例えば、図25Aに示すように、遅延時間をΔte、露光継続時間をTeとした場合、式(6)のようなウェッジ光束9の光強度関数I(t)を用いて、I(Δte+Te/2)で表せる一定の値としても良い。この際、遅延時間Δteを変更する場合には、光強度も併せて変更する。光強度を変更するタイミングは、例えば図25A(b)に示すようにトリガ信号が入力されたタイミングとすればよい。図25A(b)に示すような制御を行うためには、ウェッジ光源1が予めウェッジ光束9の光強度関数I(t)を記憶部にもち、また撮像部4’’の露光信号から遅延時間Δteおよび露光継続時間Teを参照し、演算部において、光強度関数I(t)、遅延時間Δteおよび露光継続時間Teから光強度I(Δte+Te/2)を算出した値に光強度を設定すれば良い。 When the exposure duration Te is sufficiently short, the light intensity of the wedge luminous flux 9 does not necessarily change with time according to the light intensity function I (t) with reference to the time t N when the trigger signal is generated. Also good. For example, as shown in FIG. 25A, the delay time Delta] t e, when the exposure duration was T e, with a light intensity of the wedge beam 9 function I (t) of Equation (6), I (Δt It may be a constant value expressed by e + T e / 2). At this time, when changing the delay time Delta] t e changes light intensity together. The timing for changing the light intensity may be the timing at which the trigger signal is input as shown in FIG. 25A (b), for example. In order to perform the control as shown in FIG. 25A (b), the wedge light source 1 has the light intensity function I (t) of the wedge luminous flux 9 in advance in the storage unit, and the delay time from the exposure signal of the imaging unit 4 ″. Referring to Delta] t e and the exposure duration T e, the calculation unit, the light intensity function I (t), and calculates the light intensity I (Δt e + T e / 2) from the delay time Delta] t e and the exposure duration T e values The light intensity may be set to.
 また、図25Aにおいて、時刻tN+1で生成するトリガ信号に対応するウェッジ光束の光強度のほうが、時刻tNで生成するトリガ信号に対応するウェッジ光束の光強度よりも大きい。これは、時刻tNよりも時刻tN+1において、より深い位置における撮像を行っているからである。時刻tNよりも時刻tN+1において、より浅い位置における撮像を行う場合には、時刻tN+1で生成するトリガ信号に対応するウェッジ光束の光強度のほうが、時刻tNで生成するトリガ信号に対応するウェッジ光束の光強度よりも小さくなる。つまり、複数のトリガ信号に対応するウェッジ光束9の光強度は、時間の経過とともに大きくなってもよし、小さくなってもよい。 In FIG. 25A, the light intensity of the wedge light beam corresponding to the trigger signal generated at time t N + 1 is larger than the light intensity of the wedge light beam corresponding to the trigger signal generated at time t N. This is at a time t N + 1 than the time t N, because doing imaging in a deeper position. At time t time t N + 1 than N, in the case of performing imaging at a shallower position, more of the light intensity of the wedge light flux corresponding to the trigger signal generated at time t N + 1 generates at time t N It becomes smaller than the light intensity of the wedge luminous flux corresponding to the trigger signal. That is, the light intensity of the wedge light beam 9 corresponding to a plurality of trigger signals may increase or decrease with time.
 さらに、図25Bに示すように、ウェッジ光束9の光強度を一定にしてもよい。つまり、光強度関数I(t)が時間tによらず一定であってもよい。この場合、深い位置における画像ほど超音波が減衰しているため、得られる画像の輝度は小さい。しかし、継続時間Teが短いため、1つのフレームの画像内では、深さ方向の位置が異なることによって生じる輝度の差異はほとんど生じない。 Furthermore, as shown in FIG. 25B, the light intensity of the wedge luminous flux 9 may be constant. That is, the light intensity function I (t) may be constant regardless of the time t. In this case, since the ultrasonic wave is attenuated as the image is deeper, the luminance of the obtained image is smaller. However, since the duration time Te is short, there is almost no difference in luminance caused by different positions in the depth direction in an image of one frame.
 一方、フレーム間では画像の平均輝度に差異が生じる可能性がある。このため、図19に示すように、音響光学撮像装置102は、撮像部4’’から電気信号を受け取り、撮影された画像の輝度を調整する信号処理部22をさらに備えていてもよい。信号処理部22は、撮像部4’’が繰り返して動作することによって生成する複数フレームの画像のうち、少なくとも2つの画像の平均輝度が一定となるように、少なくとも2つの画像の一方または両方の輝度を調整する。より具体的には、物体の2つの異なる深さ位置から取得された2つの画像では、相対的に深い位置から取得された画像の輝度のほうが低い。したがって、相対的に深い位置から取得された画像の平均輝度が相対的に浅い位置から取得された画像の平均輝度と一致するように、あるいは、2つの画像における平均輝度差が小さくなるように信号処理部22は、相対的に深い位置から取得された画像の輝度、あるいは、2つの画像の輝度を調整してもよい。 On the other hand, there may be a difference in the average brightness of the image between frames. For this reason, as shown in FIG. 19, the acousto-optic imaging device 102 may further include a signal processing unit 22 that receives an electrical signal from the imaging unit 4 ″ and adjusts the luminance of the captured image. The signal processing unit 22 includes one or both of at least two images so that the average luminance of at least two images among the images of a plurality of frames generated by the imaging unit 4 ″ repeatedly operating is constant. Adjust the brightness. More specifically, in two images acquired from two different depth positions of the object, the brightness of an image acquired from a relatively deep position is lower. Therefore, the signal is acquired so that the average luminance of the image acquired from the relatively deep position matches the average luminance of the image acquired from the relatively shallow position, or the average luminance difference between the two images is reduced. The processing unit 22 may adjust the brightness of images acquired from a relatively deep position or the brightness of two images.
 なお、本実施形態の音響光学撮像装置102では、遅延時間Δteおよび露光継続時間Teを調整することで撮像する領域の深さ方向の範囲を調整している。しかし図26に示すように、露光継続時間Teがウェッジ光束の照射時間Twよりも大きい場合、ウェッジ光束9の照射開始時間ΔtWおよびウェッジ光束の照射時間Twを調整することで、同様の効果を得ることも可能である。この場合、遅延時間Δteは0であってもよいし、0以外の値であってもよい。 In acousto-optical imaging apparatus 102 of the present embodiment, by adjusting the depth direction of the range of the area to be imaged by adjusting the delay time Delta] t e and the exposure duration T e. However, as shown in FIG. 26, when the exposure duration time Te is longer than the irradiation time T w of the wedge light beam, the same is achieved by adjusting the irradiation start time Δt W of the wedge light beam 9 and the irradiation time T w of the wedge light beam. It is also possible to obtain the effect. In this case, the delay time Delta] t e may be zero or may be a value other than 0.
 本実施形態の音響光学撮像装置102によれば、トリガ信号源6からのトリガ信号をウェッジ光源1と駆動部51のみでなく撮像部4’’にも入力し、撮像部4’’による露光のタイミングおよび露光時間を遅延時間Δteおよび露光継続時間Teによって調整することにより、撮像する領域の深さ方向の範囲を任意に調整することが可能となる。また、遅延時間Δteを短くすることで、任意の深さにおける断層像を撮像することが可能である。遅延時間Δteをトリガ信号の取得回数に応じて変化させることにより、深さ方向をスキャンするような断層像を取得することが可能である。また、取得する断層像と、断層像の位置する深さを対応付けることも可能である。 According to the acousto-optic imaging device 102 of this embodiment, the trigger signal from the trigger signal source 6 is input not only to the wedge light source 1 and the drive unit 51 but also to the imaging unit 4 ″, and exposure by the imaging unit 4 ″ is performed. by adjusting the timing and the exposure time delay Delta] t e and the exposure duration T e, it is possible to arbitrarily adjust the depth direction of the range of the area to be imaged. Further, by shortening the delay time Delta] t e, it is possible to capture a tomographic image at any depth. By varying the delay time Delta] t e depending on the number of acquisitions of the trigger signal, it is possible to obtain a tomographic image so as to scan the depth direction. It is also possible to associate the tomographic image to be acquired with the depth at which the tomographic image is located.
<実施形態4>
 以下、本発明の音響光学撮像装置の第4の実施形態を説明する。図27は、本発明の第4の実施形態による音響光学撮像装置103の概略構成図である。
<Embodiment 4>
Hereinafter, a fourth embodiment of the acousto-optic imaging device of the present invention will be described. FIG. 27 is a schematic configuration diagram of an acousto-optic imaging device 103 according to the fourth embodiment of the present invention.
 (音響光学撮像装置103の構成)
 音響光学撮像装置103は、遅延発生器19をさらに備え、遅延発生器19によって生成した遅延トリガ信号によって、遅延トリガ信号を受け取ったタイミングで、ウェッジ光源1がウェッジ光束9を出射し、駆動部51が駆動信号を送信する点で第2の実施形態と異なる。
(Configuration of acousto-optic imaging device 103)
The acousto-optic imaging device 103 further includes a delay generator 19. The wedge light source 1 emits the wedge light beam 9 at the timing when the delay trigger signal is received by the delay trigger signal generated by the delay generator 19, and the driving unit 51. Differs from the second embodiment in that it transmits a drive signal.
 図28は音響光学撮像装置103の主要な構成要素およびその信号のフローを概略的に示したものである。図28を用いて、音響光学撮像装置の動作を概略的に説明する。 FIG. 28 schematically shows the main components of the acoustooptic imaging device 103 and the signal flow thereof. The operation of the acousto-optic imaging device will be schematically described with reference to FIG.
 まず、トリガ信号源6で生成したトリガ信号が遅延発生器19および撮像部4’に入力される。トリガ信号の繰り返し周期Ttは、一定であることが好ましい。 First, the trigger signal generated by the trigger signal source 6 is input to the delay generator 19 and the imaging unit 4 '. The repetition period Tt of the trigger signal is preferably constant.
 遅延発生器19は、トリガ信号を受け取り、トリガ信号を受け取ったタイミングから時間Δteだけ遅れて、遅延トリガ信号を生成する。遅延発生器19は、生成した遅延信号を駆動部51およびウェッジ光源1に入力する。 Delay generator 19 receives the trigger signal, with a delay from the timing with which the trigger signal is received by the time Delta] t e, generates a delayed trigger signal. The delay generator 19 inputs the generated delay signal to the drive unit 51 and the wedge light source 1.
 駆動部51では、遅延トリガ信号を受け取り、遅延トリガ信号を受け取ったタイミングで駆動信号を生成する。駆動部51で生成された駆動信号は、超音波源5に入力される。 The drive unit 51 receives the delay trigger signal and generates a drive signal at the timing when the delay trigger signal is received. The drive signal generated by the drive unit 51 is input to the ultrasonic source 5.
 超音波源5は、駆動部51より駆動信号を受け取り、駆動信号に応じた超音波生成する。生成した超音波は、物体7に入射し、物体7で生成した散乱超音波が音響光学媒質部2の内部に入射する。 The ultrasonic source 5 receives a drive signal from the drive unit 51 and generates an ultrasonic wave corresponding to the drive signal. The generated ultrasonic wave enters the object 7, and the scattered ultrasonic wave generated by the object 7 enters the acoustooptic medium unit 2.
 ウェッジ光源1は、トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングで、所定の時間Tだけウェッジ光束9を出射する。ウェッジ光束9の光強度は、トリガ信号の入力時刻を基準とする所定の時間Tにおいて、所定の光強度関数に従って変化する。その後ウェッジ光源1は、ウェッジ光束9の出力を終了し、次のトリガ信号が入力されるまで待機する。 Wedge light source 1 receives a trigger signal, at the received timing, emits a wedge beam 9 by a predetermined time T w. Light intensity of the wedge beam 9, at a given time T w relative to the input time of the trigger signal, varies in accordance with a predetermined light intensity function. Thereafter, the wedge light source 1 ends the output of the wedge luminous flux 9 and waits until the next trigger signal is input.
 音響光学媒質部2に散乱超音波およびウェッジ光束9が入射され、お互いに接触することにより、物体7に対応した回折像が生成される。 The scattered ultrasonic waves and the wedge light beam 9 are incident on the acoustooptic medium unit 2 and come into contact with each other, whereby a diffraction image corresponding to the object 7 is generated.
 撮像部4’は、トリガ信号を受け取ったタイミングで露光を開始し任意の時間露光を継続した後に露光を終了する。露光継続中に生成した回折像が撮像部4’に入射され、物体7に対応した回折像が取得される。このようにして、音響光学撮像装置103は超音波8を介して物体7の像を取得する。 The imaging unit 4 ′ starts exposure at the timing when the trigger signal is received, and ends the exposure after continuing the exposure for an arbitrary time. A diffraction image generated during exposure continuation is incident on the imaging unit 4 ′, and a diffraction image corresponding to the object 7 is acquired. In this way, the acousto-optic imaging device 103 acquires an image of the object 7 via the ultrasonic wave 8.
 次に音響光学撮像装置103が第2の実施形態と異なる点を主として詳細に説明する。 Next, differences between the acousto-optic imaging device 103 and the second embodiment will be mainly described in detail.
 (遅延発生器19)
 本実施形態の音響光学撮像装置103において、遅延発生器19は、トリガ信号源6よりトリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングから任意の遅延時間Δteだけ遅延し、遅延トリガ信号を生成する。遅延時間Δteは、予め決められた値を用いても良いし、オペレータが操作をしながら物体の撮像に適した値を入力しても良い。遅延時間Δteを予め決められた値にする場合には、例えば遅延発生器19が記憶部を有していて、その記憶部に遅延時間Δteを記憶させておき、遅延トリガ信号生成時に参照するなどすれば良い。オペレータが操作しながら値を入力する場合は、例えば、遅延発生器19は遅延時間Δteを入力できるキーボードやポテンショメータなどの入力インターフェイスを有していて、オペレータが撮像時に適当な値を入力し、駆動信号生成時にその値を参照すれば良い。
(Delay generator 19)
In acousto-optical imaging apparatus 103 of the present embodiment, the delay generator 19 receives the trigger signal from the trigger signal source 6, a delay from the received timing by an arbitrary delay time Delta] t e, generates a delayed trigger signal. Delay Delta] t e may be using a pre-determined value may be input to the operator appropriate to the object imaging while the operation value. When a predetermined value of delay time Delta] t e, for example the delay generator 19 have a storage unit, may be stored delay time Delta] t e in the storage unit, referred to at the time delayed trigger signal generating You can do it. If the operator enters a value while operating, for example, delay generator 19 have an input interface such as a keyboard and a potentiometer can enter the delay time Delta] t e, the operator inputs the appropriate values during imaging, The value may be referred to when generating the drive signal.
 遅延発生器19は、生成した遅延トリガ信号を駆動部51およびウェッジ光源1に入力する。 The delay generator 19 inputs the generated delay trigger signal to the drive unit 51 and the wedge light source 1.
 (駆動部51)
 駆動部51は、遅延トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングで駆動信号を生成する。このため、駆動信号は、トリガ信号の発生する時刻から遅延時間Δteだけ遅れて生成する。
(Driver 51)
The drive unit 51 receives the delay trigger signal and generates a drive signal at the received timing. Therefore, the driving signal is generated by a delay by the delay time Delta] t e from the time of occurrence of the trigger signal.
 (ウェッジ光源1)
 ウェッジ光源1は、遅延トリガ信号を受け取り、受け取ったタイミングでウェッジ光束9を出射する。ウェッジ光束9の光強度は時間的に変化する。ウェッジ光束9の光強度は、トリガ信号の発生する時刻から遅延時間Δteだけ遅れて変化し始める。ウェッジ光源1は、一定の時間Tだけ、所定の光強度関数に従って時間変化した後にウェッジ光束9の出力を終了し、次のトリガ信号が入力されるまで待機する。
(Wedge light source 1)
The wedge light source 1 receives the delay trigger signal and emits the wedge light beam 9 at the received timing. The light intensity of the wedge luminous flux 9 changes with time. Light intensity of the wedge beam 9, begins to change a delay by the delay time Delta] t e from the time of occurrence of the trigger signal. The wedge light source 1 ends the output of the wedge luminous flux 9 after a time change according to a predetermined light intensity function for a certain time Tw , and waits until the next trigger signal is input.
 (撮像部4’)
 撮像部4’はトリガ信号を受け取ったタイミングで露光を開始し、露光継続時間Teだけ露光を行う。露光継続時間Teは、予め決められた値を用いても良いし、オペレータが操作をしながら物体の撮像に適した値を入力しても良い。露光継続時間Teを予め決められた値とする場合には、例えば撮像部4’は記憶部を有していて、その記憶部に露光継続時間Teを記憶させておき、露光開始時に参照するなどすれば良い。オペレータが操作しながら値を入力する場合は、例えば、撮像部4’は露光継続時間Teを入力できるキーボードやポテンショメータなどの入力インターフェイスを有していて、オペレータが撮像時に適当な値を入力し、露光開始時にその値を参照すれば良い。露光継続時間Teはトリガ信号の繰り返し周期Ttよりも小さい。
(Imaging unit 4 ')
Imaging unit 4 'starts exposure at the timing at which the trigger signal is received, perform exposure only exposure duration T e. As the exposure duration Te , a predetermined value may be used, or a value suitable for imaging an object may be input while the operator operates. When a predetermined value of the exposure duration T e, for example imaging unit 4 'have a storage unit, it may be stored with exposure duration T e in the storage unit, referenced at start of exposure You can do it. If the operator enters a value while operating, for example, the imaging unit 4 'have an input interface such as a keyboard and a potentiometer can enter the exposure duration T e, the operator inputs the appropriate values during imaging The value may be referred to at the start of exposure. Exposure duration T e is less than the repetition period Tt of the trigger signal.
 図29は、図11と同様、音響光学撮像装置103の各部の動作のタイミングを示している。図29(a)~(d)は、図11と同様の動作をトリガ信号が2回入力された状態まで示している。図29(e)は、撮像部4’が露光を行っているか否かの状態を示している。 FIG. 29 shows the operation timing of each part of the acousto-optic imaging device 103, as in FIG. 29A to 29D show the same operation as in FIG. 11 up to the state where the trigger signal is input twice. FIG. 29 (e) shows a state of whether or not the imaging unit 4 'is performing exposure.
 ウェッジ光束9の光強度は、図29(b)に示すように、トリガ信号を受けた時刻tNより遅延時間ΔteNだけ遅れた時間を基準として所定の光強度関数で変化する。超音波8は、図29(c)に示すように、トリガ信号を受けた時刻tNより遅延時間ΔteNだけ遅れて生成され、物体7に入射される。 As shown in FIG. 29B, the light intensity of the wedge luminous flux 9 changes with a predetermined light intensity function with reference to a time delayed by a delay time ΔteN from the time t N at which the trigger signal is received. As shown in FIG. 29C, the ultrasonic wave 8 is generated with a delay time ΔteN from the time t N at which the trigger signal is received, and is incident on the object 7.
 ウェッジ光束9が物体7中の部分71で反射・散乱されることで生じる疎密波82と接触する時間は、超音波が入射される時間と、部分71の深さdに応じて変化する。図29(d)は、トリガ信号が入力された時刻tNに対してΔteNだけ遅れて入力された超音波が深さd=1cmの部分71で反射・散乱されて生じる疎密波82が、時間tN+1にウェッジ光束9と接触する様子を示している。遅延時間ΔteNを調整することで、時間tN+1にウェッジ光束9と接触する疎密波82が生じる部分71の深さdを変化させることができる。 The time for which the wedge light beam 9 is in contact with the dense wave 82 generated by reflection / scattering at the portion 71 in the object 7 varies depending on the time when the ultrasonic wave is incident and the depth d of the portion 71. In FIG. 29 (d), a sparse wave 82 generated by reflection / scattering of an ultrasonic wave that is input with a delay of Δte eN with respect to the time t N when the trigger signal is input is reflected by a portion 71 having a depth d = 1 cm. A state in which the wedge luminous flux 9 is contacted at time t N + 1 is shown. By adjusting the delay time ΔteN , it is possible to change the depth d of the portion 71 where the dense wave 82 that contacts the wedge light beam 9 occurs at time tN + 1 .
 撮像部4’は、図29(e)に示すように、トリガ信号を受けた時刻tNより時間Teの間だけ露光を継続している。図29に示すように、およそd=1cmから2.5cmの1.5cm程度の深さに位置する部分71の回折像が撮像される。 Imaging unit 4 ', as shown in FIG. 29 (e), it continues only exposed for a time T e from time t N which has received the trigger signal. As shown in FIG. 29, a diffraction image of a portion 71 located at a depth of about 1.5 cm from approximately d = 1 cm to 2.5 cm is taken.
 このように、本実施形態の音響光学撮像装置103において、遅延時間ΔteNは、撮像可能な領域の深さ方向の範囲の最も浅い側の一端を決定し、露光継続時間Teを調整することによって、撮像可能な領域の深さ方向の幅を調整することが可能となる。 As described above, in the acousto-optic imaging device 103 according to the present embodiment, the delay time ΔteN determines one end on the shallowest side in the depth direction of the imageable region and adjusts the exposure duration Te. Thus, the width in the depth direction of the imageable region can be adjusted.
 また、露光継続時間Teを短くして深さ方向の撮影領域を狭くすることで、該当する深さのみを切り出した断層像を取得することが可能となる。例えば、図22(a)に示すように、深さ方向の異なる場所に複数の部分が位置する場合、Bで示される部分による疎密波82がウェッジ光束9と接触する時刻が、撮像部4’における露光開始(tN)後であって、露光継続時間Te内となるように、遅延時間ΔteNによって調整すれば、図22(b)に示すように、Bで示す部分のみを含む物体内部の画像を取得することができる。この場合、露光継続時間Teを小さくすればするほど深さ方向の分解能は高くなる。しかし、物体7に入射した超音波8の長さよりも分解能を高めることはできない。そのため、露光継続時間Teの下限は、超音波8の継続時間程度であり、この場合に最も深さ方向の分解能を高めることができる。 Further, by shortening the exposure duration T e By narrowing the photographing area in the depth direction, it is possible to obtain a tomographic image obtained by cutting out only the appropriate depth. For example, as shown in FIG. 22A, when a plurality of portions are located at different locations in the depth direction, the time when the dense wave 82 by the portion indicated by B contacts the wedge light flux 9 is the imaging unit 4 ′. object a start of exposure (t N) later, so that the exposure duration T e, including by adjusting the delay time Delta] t eN, as shown in FIG. 22 (b), only the portion indicated by B in An internal image can be acquired. In this case, the resolution in the depth direction increases as the exposure duration time Te decreases. However, the resolution cannot be increased more than the length of the ultrasonic wave 8 incident on the object 7. Therefore, the lower limit of the exposure duration T e is approximately the duration of ultrasonic 8, it is possible to increase the resolution of the most depth in this case.
 また、遅延時間ΔteNを異ならせてもよい。たとえば、露光継続時間Teを十分に短く設定し、図30に示すように、N-1個目のトリガ信号の生成する時刻tN-1に基づき遅延時間ΔteN-1および露光継続時間Teで撮像部4’による露光を行う。次に、N個目のトリガ信号に基づき、遅延時間ΔteNおよび露光継続時間Teで撮像部4’による露光を行う。この場合において、遅延時間ΔteNを遅延時間ΔteN-11と異ならせれば、N+1個目のトリガ信号に基づき取得する画像は、N個目のトリガ信号に基づき取得する画像と物体7の異なる深さの位置で取得することができる。たとえば、遅延時間ΔteNと遅延時間ΔteN-1とが露光継続時間Teだけ異なるように設定すれば、物体内部を、隣接する異なる深さ位置で画像を取得することができる。これにより、1フレームごとに異なる深さの像を得ることができる。 Further, the delay time ΔteN may be varied. For example, set sufficiently short exposure duration T e, as shown in FIG. 30, N-1 -th trigger signal delay time based on the time t N-1 to generate a Delta] t eN-1 and exposure duration T In step e , exposure by the imaging unit 4 ′ is performed. Then, based on the N-th trigger signal to perform exposure by the imaging unit 4 'in the delay time Delta] t eN and exposure duration T e. In this case, if the delay time ΔteN is different from the delay time ΔteN-11 , the image acquired based on the (N + 1) th trigger signal is different from the image acquired based on the Nth trigger signal and the depth of the object 7. It can be obtained at the position. For example, by setting such a delay time Delta] t eN and the delay time Delta] t eN-1 differ by exposure duration T e, the object inside, it is possible to acquire images at different adjacent depth positions. Thereby, images having different depths can be obtained for each frame.
 遅延時間Δteは1フレームごとに異なっていてもよいし、同じ遅延時間Δteで任意のフレーム数分撮像した後に遅延時間Δteを変化させてもよい。このような方法によって、深さ方向に対して垂直に物体をスキャンした複数の断層画像を取得することができる。例えば、図25Aに示すように、トリガ信号の入力ごとに遅延時間Δteを大きくして、より深い位置で撮影するように設定すると、図25Bに示すように、1フレームごとに異なる深さの断層画像が得られる。このように、トリガ信号の入力回数に応じて遅延時間Δteを設定するためには、例えば、遅延発生器19に記憶部を設けて、その記憶部に上述したように設定を行うプログラムを組み込み、遅延発生器19の動作時に記憶部のプログラムを参照して動作させれば良い。 May be the delay time Delta] t e different for each frame, may be varied delay time Delta] t e after a few minutes imaging arbitrary frame at the same delay time Delta] t e. By such a method, a plurality of tomographic images obtained by scanning an object perpendicular to the depth direction can be acquired. For example, as shown in FIG. 25A, by increasing the delay time Delta] t e for each input of the trigger signal, when set to shoot at a deeper position, as shown in FIG. 25B, the different depths for each frame A tomographic image is obtained. Thus, in order to set the delay time Delta] t e in accordance with the number of inputs of the trigger signal, for example, a storage unit provided in the delay generator 19 incorporates a program for setting as described above in the storage unit The delay generator 19 may be operated with reference to a program stored in the storage unit.
 また、遅延発生器19の記憶部に、予め遅延時間Δteの情報と、撮像される領域の深さdを対応付けた表を持たせれば、撮像時の遅延時間Δteの値と前述の表を参照することで、取得した像の深さの位置情報を得ることも可能である。本実施形態の音響光学撮像装置103によれば、遅延トリガ信号を生成するタイミングである遅延時間Δteおよび露光継続時間Teを調整することで、撮像する領域の深さ方向の範囲を任意に調整することが可能となる。また、露光継続時間Teを短くすることで、任意の深さにおける断層像を撮像することが可能である。また、遅延時間Δteをトリガ信号の取得回数に応じて変化させることにより、深さ方向をスキャンするような断層像を取得することが可能である。また、取得する断層像と、断層像の位置する深さを対応付けることも可能である。 Also, the storage unit of the delay generator 19, the pre-delay time Delta] t e information and, if no table that associates the depth d of the area to be imaged, a delay value of the time Delta] t e at the time of imaging the aforementioned By referring to the table, it is also possible to obtain positional information of the acquired image depth. According to the acousto-optic imaging apparatus 103 of the present embodiment, by adjusting the delay it is time to generate a delayed trigger signal time Delta] t e and the exposure duration T e, optionally in the depth direction of the range of the area to be imaged It becomes possible to adjust. Further, by shortening the exposure duration T e, it is possible to capture a tomographic image at any depth. Further, by changing depending on the number of acquisitions of the trigger signal delay time Delta] t e, it is possible to obtain a tomographic image so as to scan the depth direction. It is also possible to associate the tomographic image to be acquired with the depth at which the tomographic image is located.
 なお、露光継続時間Teが十分短い場合、ウェッジ光束9の光強度は必ずしもトリガ信号の生成する時刻tNを基準に、光強度関数I(t)に応じて時間的に変化していなくてもよい。例えば、トリガ周期をT、遅延時間をΔte、露光継続時間をTeとした場合、式(6)のようなウェッジ光束9の光強度関数I(t)を用いて、I(T+Te/2―Δte)で表せる一定の値としても良い。この際、遅延時間Δteを変更する場合には、光強度も併せて変更する。このような制御を行うためには、ウェッジ光源1が予めウェッジ光束9の光強度関数I(t)および露光継続時間Teを記憶部にもち、また遅延発生器19の信号からトリガ信号の繰り返し周期Ttおよび遅延時間Δteを参照し、演算部において光強度関数I(t)、トリガ信号の繰り返し周期T、露光継続時間Teおよび遅延時間Δteおよび露光継続時間Teから光強度I(T+Te/2-Δte)を算出した値に光強度を設定すれば良い。 When the exposure duration Te is sufficiently short, the light intensity of the wedge luminous flux 9 does not necessarily change with time according to the light intensity function I (t) with reference to the time t N when the trigger signal is generated. Also good. For example, a trigger period T t, the delay time Delta] t e, when the exposure duration was T e, with a light intensity of the wedge beam 9 function I (t) of Equation (6), I (T t + T e / 2−Δt e ). At this time, when changing the delay time Delta] t e changes light intensity together. Repetition of such control to do is to have a light intensity function I (t) and the exposure duration T e of the wedge light source 1 is previously wedge beam 9 in the storage unit, also a trigger signal from a signal of the delay generator 19 Referring to the period T t and the delay time Delta] t e, the calculating unit light intensity function I (t), repetition cycle T t, the light intensity from the exposure duration T e and the delay time Delta] t e and the exposure duration T e of the trigger signal The light intensity may be set to a value obtained by calculating I (T t + T e / 2−Δt e ).
<実施形態5>
 以下、本発明の音響光学撮像装置の第5の実施形態を説明する。図31は、本実施形態の音響光学撮像装置104の構成を示す概略図である。
<Embodiment 5>
Hereinafter, a fifth embodiment of the acousto-optic imaging device of the present invention will be described. FIG. 31 is a schematic diagram showing the configuration of the acousto-optic imaging device 104 of the present embodiment.
 (音響光学撮像装置104の構成)
 音響光学撮像装置104は、第1から第4の実施形態の音響光学撮像装置と、入射側ミラー20aと出射側ミラー20bとを備える。図31は、第1の実施形態の音響光学撮像装置の構成に加えて、入射側ミラー20aおよび出射側ミラー20bを備えた音響光学撮像装置104を示している。
(Configuration of acousto-optic imaging device 104)
The acousto-optic imaging device 104 includes the acousto-optic imaging devices of the first to fourth embodiments, an incident side mirror 20a, and an emission side mirror 20b. FIG. 31 shows an acoustooptic imaging device 104 including an incident side mirror 20a and an exit side mirror 20b in addition to the configuration of the acoustooptic imaging device of the first embodiment.
 ウェッジ光源1から出射したウェッジ光束9は、入射側ミラー20aで反射し音響光学媒質部2に入射する。出射側ミラー20bは、音響光学媒質部2を挟んで入射側ミラー20aと反対側に配置されており、音響光学媒質部2を透過した-1次回折光束9a、0次回折光束9b、+1次回折光束9cは、出射側ミラー20bで反射したのち、結像光学系3に入射する。撮像部4は、結像光学系3を透過した回折光を検出する。 The wedge light beam 9 emitted from the wedge light source 1 is reflected by the incident side mirror 20a and enters the acoustooptic medium unit 2. The exit-side mirror 20b is disposed on the opposite side of the entrance-side mirror 20a with the acoustooptic medium unit 2 interposed therebetween, and the −1st order diffracted light beam 9a, the 0th order diffracted light beam 9b, and the +1 next time transmitted through the acoustooptic medium unit 2. The folded light beam 9c is reflected by the exit side mirror 20b and then enters the imaging optical system 3. The imaging unit 4 detects the diffracted light that has passed through the imaging optical system 3.
 撮像時には、超音波源5は物体7に接して配置され、物体7の内部に超音波8を出力する。音響光学媒質部2は、撮像時において物体7に接して配置され、物体7中で生じた散乱超音波8a、8bを内部に取り込む。 At the time of imaging, the ultrasonic source 5 is disposed in contact with the object 7 and outputs the ultrasonic wave 8 inside the object 7. The acoustooptic medium unit 2 is disposed in contact with the object 7 at the time of imaging, and takes in the scattered ultrasonic waves 8 a and 8 b generated in the object 7.
 音響光学媒質部2において、ウェッジ光源1より入射されたウェッジ光束9が、音響光学媒質部2に取り込まれた散乱超音波8a、8bと作用することにより、-1次回折光束9a、0次回折光束9b、+1次回折光束9cが発生する。音響光学媒質部2を透過した-1次回折光束9a、0次回折光束9b、+1次回折光束9cは、結像光学系3に入射し、-1次回折光束9aまたは+1次回折光束9cのみが撮像部4に入射する。 In the acousto-optic medium part 2, the wedge light beam 9 incident from the wedge light source 1 acts on the scattered ultrasonic waves 8a and 8b taken into the acousto-optic medium part 2, so that the −1st order diffracted light beam 9a and the 0th order diffracted light are obtained. A light beam 9b and a + 1st order diffracted light beam 9c are generated. The −1st order diffracted light beam 9a, the 0th order diffracted light beam 9b, and the + 1st order diffracted light beam 9c transmitted through the acoustooptic medium unit 2 enter the imaging optical system 3, and only the −1st order diffracted light beam 9a or the + 1st order diffracted light beam 9c. Enters the imaging unit 4.
 本実施形態による音響光学撮像装置104によれば、音響光学媒質部2へのウェッジ光束9の入出射を入射側ミラー20aおよび出射側ミラー20bを介して行うことにより、ウェッジ光源1と結像光学系3および撮像部4とを音響光学媒質部2を挟む直線上以外の位置に配置することができる。よって光学設計の自由度が高くなり、より小型の撮像装置を提供することが可能となる。 According to the acousto-optic imaging device 104 according to the present embodiment, the wedge light beam 9 enters and exits the acousto-optic medium unit 2 via the incident-side mirror 20a and the exit-side mirror 20b. The system 3 and the imaging unit 4 can be arranged at a position other than a straight line across the acoustooptic medium unit 2. Therefore, the degree of freedom in optical design is increased, and a smaller image pickup apparatus can be provided.
 本願に開示された音響光学撮像装置は、超音波画像を光学画像として取得することができるため、超音波診断装置用のプローブ等として有用である。また、振動物体から放射される超音波を光学画像として観察できるので非破壊振動測定装置等の用途にも応用できる。 The acousto-optic imaging device disclosed in the present application is useful as a probe for an ultrasonic diagnostic apparatus because it can acquire an ultrasonic image as an optical image. Moreover, since the ultrasonic wave radiated from the vibrating object can be observed as an optical image, it can be applied to uses such as a nondestructive vibration measuring apparatus.
1、1’、1’’ ウェッジ光源
2 音響光学媒質部
3 結合レンズ系
3a 第2のシリンドリカルレンズ
3b 第3のシリンドリカルレンズ
4、4’、4’’ 撮像部
5 超音波源
51 駆動部
6 トリガ信号源
7 物体
7a、7b 物体
8 超音波
8a、8b 散乱超音波
81 超音波
82 疎密波
9 ウェッジ光束
9a -1次回折光束
9b 0次回折光束
9c +1次回折光束
91 単色光光束
92 平面波光束
10a 焦点面
10b 結像面

11 レーザー光源
12 拡大光学系
13 光学開口
14 第1のシリンドリカルレンズ
15 光強度変調信号源
16 光変調器
17 回転ディスク
18 光電変換素子
19 遅延発生器
20a 入射側ミラー
20b 出射側ミラー
21 遮光部
1, 1 ′, 1 ″ wedge light source 2 acousto-optic medium unit 3 coupled lens system 3a second cylindrical lens 3b third cylindrical lens 4, 4 ′, 4 ″ imaging unit 5 ultrasonic source 51 drive unit 6 trigger Signal source 7 Object 7a, 7b Object 8 Ultrasonic wave 8a, 8b Scattered ultrasonic wave 81 Ultrasonic wave 82 Dense wave 9 Wedge light beam 9a -1st order diffracted light beam 9b 0th order diffracted light beam 9c + 1st order diffracted light beam 91 Monochromatic light beam 92 Plane wave light beam 10a Focal plane 10b Imaging plane

11 Laser light source 12 Magnifying optical system 13 Optical aperture 14 First cylindrical lens 15 Light intensity modulation signal source 16 Light modulator 17 Rotating disk 18 Photoelectric conversion element 19 Delay generator 20a Incident side mirror 20b Emission side mirror 21 Light shielding part

Claims (26)

  1.  複数の基準波の繰り返しによるバースト波により構成される駆動信号を生成する駆動部と、
     前記駆動信号を受け取り、前記駆動信号に応じた超音波を物体の内部に出力する超音波源と、
     音響開口を有し、前記超音波が物体の内部において散乱することによって発生した散乱超音波が前記音響開口から内部に入射し、伝搬する音響光学媒質部と、
     前記散乱超音波の伝搬する方向に対して非平行に前記音響光学媒質部へ入射する単色のウェッジ光束であって、時間の経過とともに光強度が変化するウェッジ光束を出射するウェッジ光源と、
     前記散乱超音波が伝搬することにより前記音響光学媒質部に生じた屈折率分布によって、前記音響光学媒質部において前記ウェッジ光束が回折し、生じた回折光が入射する結像光学系であって、前記回折光を集束させることにより像を形成する結像光学系と、
     前記結像光学系によって形成された像を撮影し、電気信号を出力する撮像部と、
    を備える音響光学撮像装置。
    A drive unit that generates a drive signal composed of burst waves by repetition of a plurality of reference waves;
    An ultrasonic source that receives the drive signal and outputs an ultrasonic wave corresponding to the drive signal to the inside of the object;
    An acousto-optic medium unit that has an acoustic aperture, and the scattered ultrasound generated by scattering of the ultrasonic wave inside the object enters and propagates from the acoustic aperture;
    A wedge light source that emits a wedge light beam that is incident on the acoustooptic medium portion non-parallel to the direction in which the scattered ultrasound propagates, and whose light intensity changes over time; and
    An imaging optical system in which the wedge light flux is diffracted in the acoustooptic medium part by the refractive index distribution generated in the acoustooptic medium part by propagation of the scattered ultrasonic wave, and the generated diffracted light is incident thereon, An imaging optical system that forms an image by focusing the diffracted light; and
    An imaging unit that captures an image formed by the imaging optical system and outputs an electrical signal;
    An acousto-optic imaging device.
  2.  トリガ信号を生成するトリガ信号源をさらに備え、
     前記駆動部は、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで前記駆動信号を生成する請求項1に記載の音響光学撮像装置。
    A trigger signal source for generating a trigger signal;
    The acoustooptic imaging apparatus according to claim 1, wherein the driving unit receives the trigger signal and generates the driving signal at a timing when the trigger signal is received.
  3.  前記ウェッジ光源は、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで所定の時間、継続して前記ウェッジ光束を出射し、前記所定の時間内において、前記ウェッジ光束の前記光強度が増大する請求項2に記載の音響光学撮像装置。 The wedge light source receives the trigger signal, and continuously emits the wedge light beam for a predetermined time at the timing when the trigger signal is received, and the light intensity of the wedge light beam increases within the predetermined time. The acousto-optic imaging device according to claim 2.
  4.  前記撮像部は、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで露光を開始し、任意の時間、露光を継続した後、露光を停止する請求項3に記載の音響光学撮像装置。 The acousto-optic imaging device according to claim 3, wherein the imaging unit receives the trigger signal, starts exposure at a timing when the trigger signal is received, continues exposure for an arbitrary time, and then stops exposure.
  5.  前記撮像部は、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取った後、任意の時間遅れて露光を開始し、任意の時間、露光を継続した後、露光を停止する請求項3に記載の音響光学撮像装置。 The acoustic imaging device according to claim 3, wherein the imaging unit receives the trigger signal, and after receiving the trigger signal, starts exposure with an arbitrary time delay, continues exposure for an arbitrary time, and then stops the exposure. Optical imaging device.
  6.  前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、
     前記駆動部、前記超音波源および前記ウェッジ光源は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、
     前記撮像部は、前記トリガ信号を受け取るたびに、前記トリガ信号を受け取った後、任意の時間遅れて露光を開始し、任意の時間、露光を継続した後、露光を停止し、
     前記ウェッジ光源が繰り返し動作することにより生成する複数の前記ウェッジ光束のうち、少なくとも前記複数のトリガ信号のうちの2つに対応する2つの前記ウェッジ光束における前記光強度は互いに異なる請求項3に記載の音響光学撮像装置。
    The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal a plurality of times,
    The drive unit, the ultrasonic source, and the wedge light source each repeatedly operate each time the trigger signal is generated,
    Each time the imaging unit receives the trigger signal, after receiving the trigger signal, it starts exposure with an arbitrary time delay, continues exposure for an arbitrary time, then stops exposure,
    4. The light intensity of two wedge light beams corresponding to at least two of the plurality of trigger signals among the plurality of wedge light beams generated by the wedge light source repeatedly operating is different from each other. Acousto-optic imaging device.
  7.  トリガ信号を生成するトリガ信号源と、
     前記トリガ信号を受け取り、所定の時間遅れて、遅延トリガ信号を生成する遅延発生器と
    をさらに備え、
     前記ウェッジ光源は、前記遅延トリガ信号を受け取り、前記遅延トリガ信号を受け取ったタイミングで、所定の時間、継続して前記ウェッジ光束を出射し、
     前記駆動部は、前記遅延トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで前記駆動信号を生成し、

     前記撮像部は、前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで露光を開始し、任意の時間、露光を継続した後、露光を停止する請求項1に記載の音響光学撮像装置。
    A trigger signal source for generating a trigger signal; and
    A delay generator for receiving the trigger signal and generating a delayed trigger signal with a predetermined time delay;
    The wedge light source receives the delay trigger signal, and at the timing when the delay trigger signal is received, continuously emits the wedge light flux for a predetermined time,
    The drive unit receives the delayed trigger signal, generates the drive signal at the timing of receiving the trigger signal,

    The acoustooptic imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit receives the trigger signal, starts exposure at a timing when the trigger signal is received, continues exposure for an arbitrary time, and then stops exposure.
  8.  前記撮像部は、前記露光を継続する時間が変更可能なように構成されている請求項4から7のいずれかに記載の音響光学撮像装置。 The acousto-optic imaging device according to any one of claims 4 to 7, wherein the imaging unit is configured to be able to change a time for which the exposure is continued.
  9.  前記音響光学媒質部を透過した前記ウェッジ光束の一部を検出し、検出信号を出力する検出器をさらに備え、
     前記トリガ信号源は、前記検出信号を参照して次のトリガ信号を生成する、請求項2から8のいずれかに記載の音響光学撮像装置。
    A detector that detects a part of the wedge light flux that has passed through the acoustooptic medium portion and outputs a detection signal;
    The acousto-optic imaging device according to claim 2, wherein the trigger signal source generates a next trigger signal with reference to the detection signal.
  10.  前記ウェッジ光源は、
     単色光の光束を出射するレーザー光源と、
     前記レーザー光源からの単色光の光束が入射され、拡大された平面波光束を出射する拡大光学系と、
     前記拡大光学系から出射した平面波光束が入射するシリンドリカルレンズと、
    を含み、
     前記シリンドリカルレンズは、前記入射する平面波光束の伝搬方向に垂直な面において、第1方向に焦点を結ぶ屈折力を持ち、前記第1方向に垂直な第2方向においては屈折力を持たず、
     前記シリンドリカルレンズの前記第1方向は前記散乱超音波の伝搬する方向と平行である、請求項1から9のいずれかに記載の音響光学撮像装置。
    The wedge light source is
    A laser light source that emits a monochromatic light beam;
    A magnifying optical system that emits a monochromatic light beam from the laser light source and emits an enlarged plane wave beam; and
    A cylindrical lens on which a plane wave light beam emitted from the magnification optical system is incident;
    Including
    The cylindrical lens has a refractive power for focusing in the first direction on a plane perpendicular to the propagation direction of the incident plane wave light beam, and has no refractive power in the second direction perpendicular to the first direction.
    The acoustooptic imaging apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the first direction of the cylindrical lens is parallel to a direction in which the scattered ultrasonic wave propagates.
  11.  前記ウェッジ光源は、
     光強度変調信号を生成する光強度変調信号源と、
     前記光強度変調信号に応じた光強度の前記単色光の光束を出射するレーザーダイオードと、
    を含む、請求項10に記載の音響光学撮像装置。
    The wedge light source is
    A light intensity modulation signal source for generating a light intensity modulation signal;
    A laser diode that emits a light beam of the monochromatic light having a light intensity according to the light intensity modulation signal;
    The acousto-optic imaging device according to claim 10, comprising:
  12.  前記ウェッジ光源は、前記レーザー光源から出射した前記単色光の光束、前記拡大光学系から出射した平面波光束または前記シリンドリカルレンズから出射した平面波光束の光強度を変調する光変調器をさらに含む請求項10に記載の音響光学撮像装置。 11. The wedge light source further includes an optical modulator that modulates the light intensity of the monochromatic light beam emitted from the laser light source, the plane wave beam emitted from the magnifying optical system, or the plane wave beam emitted from the cylindrical lens. The acousto-optic imaging device described in 1.
  13.  前記光変調器は、変調信号を受け取り、前記変調信号に応じて、前記単色光の光束または平面波光束の光強度を変調する請求項12に記載の音響光学撮像装置。 The acousto-optic imaging device according to claim 12, wherein the optical modulator receives a modulation signal and modulates the light intensity of the monochromatic light beam or plane wave light beam in accordance with the modulation signal.
  14.  前記光変調器は、
     周方向において光の減衰率が異なる分布を有する減光フィルタが設けられた回転ディスクと、
     前記回転ディスクを回転させるモーターと
    を含み、
     前記回転ディスクは、前記単色光の光束または平面波光束が前記減光フィルタを透過するように配置され、
     前記回転ディスクの回転に伴い、前記単色光の光束または平面波光束が透過する前記減光フィルタの光の減衰率が異なることにより、前記ウェッジ光束の光強度を変化させる請求項12に記載の音響光学撮像装置。
    The light modulator is
    A rotating disk provided with a neutral density filter having a distribution in which the light attenuation rate differs in the circumferential direction;
    A motor for rotating the rotating disk,
    The rotating disk is arranged such that the monochromatic light beam or plane wave light beam passes through the neutral density filter,
    The acousto-optic according to claim 12, wherein the light intensity of the wedge light beam is changed by the attenuation factor of the light of the neutral density filter through which the monochromatic light beam or plane wave light beam is transmitted as the rotating disk rotates. Imaging device.
  15.  前記ウェッジ光束の光強度の時間変化は単純増加関数で示される請求項1から5および7のいずれかに記載の音響光学撮像装置。 The acousto-optic imaging device according to any one of claims 1 to 5 and 7, wherein the temporal change in the light intensity of the wedge luminous flux is represented by a simple increase function.
  16.  前記単純増加関数は指数関数である請求項15に記載の音響光学撮像装置。 The acousto-optic imaging device according to claim 15, wherein the simple increase function is an exponential function.
  17.  前記単純増加関数は累乗関数あるいは累乗関数の和からなる関数である請求項15に記載の音響光学撮像装置。 The acousto-optic imaging device according to claim 15, wherein the simple increase function is a power function or a function composed of a sum of power functions.
  18.  前記バースト波における基準波の数が、10以上1000以下である請求項1から17のいずれかに記載の音響光学撮像装置。 The acoustooptic imaging device according to any one of claims 1 to 17, wherein the number of reference waves in the burst wave is 10 or more and 1000 or less.
  19.  前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、
     前記駆動部、前記超音波源、前記ウェッジ光源および前記撮像部は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、
     前記ウェッジ光源が繰り返して動作することによって生成する複数の前記ウェッジ光束における出射が継続する所定の時間は、前記複数のウェッジ光束の少なくとも2つにおいて互いに異なる請求項3から7のいずれかに記載の音響光学撮像装置。
    The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal a plurality of times,
    The drive unit, the ultrasonic source, the wedge light source, and the imaging unit each operate repeatedly each time the trigger signal is generated,
    The predetermined time during which emission of the plurality of wedge light beams generated by the wedge light source repeatedly operating is different from each other in at least two of the plurality of wedge light beams. Acousto-optic imaging device.
  20.  前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、
     前記駆動部、前記超音波源、前記ウェッジ光源および前記撮像部は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、
     前記撮像部が繰り返して動作することによる複数の露光における露光の継続時間は、前記複数の露光の少なくとも2つにおいて、互いに異なる請求項4から7のいずれかに記載の音響光学撮像装置。
    The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal a plurality of times,
    The drive unit, the ultrasonic source, the wedge light source, and the imaging unit each operate repeatedly each time the trigger signal is generated,
    The acoustooptic imaging apparatus according to any one of claims 4 to 7, wherein durations of exposure in a plurality of exposures caused by the operation of the imaging unit repeatedly differ from each other in at least two of the plurality of exposures.
  21.  前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、
     前記駆動部、前記超音波源、前記ウェッジ光源および前記撮像部は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、
     前記撮像部が繰り返して動作することによる複数の露光における露光が開始するまでの遅れる時間は、前記複数の露光の少なくとも2つにおいて、互いに異なる請求項5または6のいずれかに記載の音響光学撮像装置。
    The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal a plurality of times,
    The drive unit, the ultrasonic source, the wedge light source, and the imaging unit each operate repeatedly each time the trigger signal is generated,
    The acousto-optic imaging according to claim 5, wherein a delay time until the start of exposure in a plurality of exposures due to repeated operation of the imaging unit is different from each other in at least two of the plurality of exposures. apparatus.
  22.  前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、
     前記遅延発生器、前記駆動部、前記超音波源、前記ウェッジ光源および前記撮像部は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、
     前記遅延発生器が繰り返して動作することによって生成する複数の前記遅延トリガ信号における信号出力開始までの遅れる時間は、前記複数の遅延トリガ信号の少なくとも2つにおいて互いに異なる請求項7に記載の音響光学撮像装置。
    The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal a plurality of times,
    The delay generator, the driving unit, the ultrasonic source, the wedge light source, and the imaging unit each operate repeatedly each time the trigger signal is generated,
    The acousto-optic according to claim 7, wherein the delay time until the start of signal output in the plurality of delay trigger signals generated by repeatedly operating the delay generator is different from each other in at least two of the plurality of delay trigger signals. Imaging device.
  23.  前記撮像部における前記露光を継続する時間が、前記駆動信号のバースト波が継続する時間と略等しい請求項6または7に記載の音響光学撮像装置。 The acousto-optic imaging device according to claim 6 or 7, wherein a time for which the exposure in the imaging unit is continued is substantially equal to a time for which the burst wave of the driving signal is continued.
  24.  前記ウェッジ光源は、前記撮像部の露光における露光が開始するまでの遅れる時間および露光が継続する時間に基づき、前記少なくとも前記複数のトリガ信号のうちの2つに対応する2つの前記ウェッジ光束における光強度を決定する請求項6に記載の音響光学撮像装置。 The wedge light source is based on a delay time until exposure starts in the exposure of the imaging unit and a time during which exposure continues, and light in the two wedge light fluxes corresponding to at least two of the plurality of trigger signals. The acousto-optic imaging device according to claim 6, wherein the intensity is determined.
  25.  前記ウェッジ光源から出射するウェッジ光束を反射させて前記音響光学媒質部に入射させる入射側ミラーと、
     前記音響光学媒質部で生じた回折光を反射させて前記結像光学系に入射させる出射側ミラーと
    をさらに備える請求項1から24のいずれかに記載の音響光学撮像装置。
    An incident side mirror that reflects a wedge light beam emitted from the wedge light source and enters the acoustooptic medium unit;
    The acoustooptic imaging apparatus according to any one of claims 1 to 24, further comprising: an exit-side mirror that reflects the diffracted light generated in the acoustooptic medium unit and enters the imaging optical system.
  26.  トリガ信号を生成するトリガ信号源と、
     前記トリガ信号を受け取り、前記トリガ信号を受け取ったタイミングで、複数の基準波の繰り返しによるバースト波により構成される駆動信号を生成する駆動部と、
     前記駆動信号を受け取り、前記駆動信号に応じた超音波を物体の内部に出力する超音波源と、
     音響開口を有し、前記超音波が物体の内部において散乱することによって発生した散乱超音波が前記音響開口から内部に入射し、伝搬する音響光学媒質部と、
     前記散乱超音波の伝搬する方向に対して非平行に前記音響光学媒質部へ入射する単色のウェッジ光束を出射するウェッジ光源と、
     前記散乱超音波が伝搬することにより前記音響光学媒質部に生じた屈折率分布によって、前記音響光学媒質部において前記ウェッジ光束が回折し、生じた回折光が入射する結像光学系であって、前記回折光を集束させることにより像を形成する結像光学系と、
     前記結像光学系によって形成された像を撮影し、電気信号を出力する撮像部と、
     前記撮像部から前記電気信号を受け取り、前記撮影された画像の輝度を調整する信号処理部と、
    を備え、
     前記トリガ信号源は前記トリガ信号を複数繰り返して生成し、
     前記駆動部、前記超音波源、前記ウェッジ光源および前記撮像部は、前記トリガ信号が生成するたびに、それぞれが繰り返して動作し、
     前記信号処理部は、前記撮像部が繰り返して動作することによって生成する複数の撮影された像の画像のうち、少なくとも2つの画像の平均輝度が一定となるように少なくとも2つの画像の輝度を調整する音響光学撮像装置。
    A trigger signal source for generating a trigger signal; and
    A drive unit that receives the trigger signal and generates a drive signal composed of burst waves by repetition of a plurality of reference waves at the timing of receiving the trigger signal;
    An ultrasonic source that receives the drive signal and outputs an ultrasonic wave corresponding to the drive signal to the inside of the object;
    An acousto-optic medium unit that has an acoustic aperture, and the scattered ultrasound generated by scattering of the ultrasonic wave inside the object enters and propagates from the acoustic aperture;
    A wedge light source that emits a monochromatic wedge light beam incident on the acoustooptic medium portion non-parallel to the direction in which the scattered ultrasound propagates;
    An imaging optical system in which the wedge light flux is diffracted in the acoustooptic medium part by the refractive index distribution generated in the acoustooptic medium part by propagation of the scattered ultrasonic wave, and the generated diffracted light is incident thereon, An imaging optical system that forms an image by focusing the diffracted light; and
    An imaging unit that captures an image formed by the imaging optical system and outputs an electrical signal;
    A signal processing unit that receives the electrical signal from the imaging unit and adjusts brightness of the captured image;
    With
    The trigger signal source repeatedly generates the trigger signal a plurality of times,
    The drive unit, the ultrasonic source, the wedge light source, and the imaging unit each operate repeatedly each time the trigger signal is generated,
    The signal processing unit adjusts the brightness of at least two images so that an average brightness of at least two images is constant among a plurality of captured images generated by the operation of the imaging unit repeatedly. Acousto-optic imaging device.
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